Por dentro sorprende y fascina por el uso de la línea curva, donde cada uno de los tres niveles del edificio presenta curvas y contracurvas opuestas a la del nivel anterior, rematadas por la cúpula caleidoscópica con planta de matriz hexagonal que inmediatamente remite a las iglesias de planta central de Turín, por el uso de la luz, proveniente de cámaras escondidas, y por la espectacular cúpula que se abre como una flor sobre la cabeza de los visitantes y atrae su mirada hacia arriba.

Para conectar los pilares hay seis grandes arcos, tras los cuales, por encima de las capillas, se abren las ventanas, ocultas a la vista del observador, que dan luz a la parte inferior del edificio. En realidad, casi todo el sistema de iluminación natural queda oculto a la vista, haciendo caer la luz de modo difuso, tenue y uniforme.

La cúpula se encuentra sobre seis arcos, audaz y ligera como no se ve a menudo en Piamonte. Dos grandes arcos parten de las seis enjutas, que intersecándose en el centro forman un gran hexágono (pero se podría decir que la disposición del diseño se basa en dos triángulos equiláteros que se entrecruzan) pero, a nivel estático, no hay ninguna relación entre las dos cúpulas.

Sobre los arcos se levanta otra cúpula, de forma semiesférica, sobre la que se asienta el tambor de la linterna, rematada por otra pequeña cúpula. Todas magníficamente pintadas al fresco, hasta el triunfo del misterio de la Trinidad, en la cúpula de la linterna, hacia la que convergen todas las miradas.

En este sistema de bóvedas superpuestas y decrecientes, la luz, que se filtra oculta, como un prodigio, es una de las grandes protagonistas, junto a los magníficos frescos de Pietro Francesco Guala.