La caratterizzazione dei materiali è stata effettuata utilizzando tecniche spettroscopiche non distruttive o micro-distruttive come l'imaging iperspettrale (HSI) e la microfluorescenza a raggi X (XRF), la spettroscopia micro-Raman, la spettroscopia a infrarossi (FT-IR) e l'osservazione di campioni di ceramica e intonaco dipinto in sezione lucida e sottile mediante microscopia ottica (MO). Le stesse analisi vengono effettuate,  insieme ad altri tipi di indagini micro-distruttive come SEM e FT-IR, su micro-campioni di pellicola pittorica prelevati dall'intonaco dipinto che si conserva sui muri della villa. La gascromatografia accoppiata con spettrometria di massa (GC-MS) ha inoltre consentito l'identificazione dei residui organici presenti in grandi contenitori per lo stoccaggio di alimenti (dolia).