Isidore the Younger dihadapkan pada perbaikan beberapa masalah yang menyebabkan runtuhnya kubah aslinya. Pertama, selama konstruksi awal, para tukang batu secara lalai menggunakan lebih banyak mortar daripada batu bata.
Selain itu, karena terburu-buru menyelesaikan kubah asli, mereka tidak menunggu sampai lapisan mortar mengeras sebelum memasang batu bata tingkat berikutnya. Hal ini menyebabkan masalah struktural yang menjadi lebih buruk karena kubah yang terlalu dangkal.
Ketika lengkungan kubah cukup melingkar, berat dan gaya struktur turun ke pilar penyangga. Namun, lengkungan asli kubah terlalu dangkal, sehingga mendorong ke luar dan memaksa dinding yang sudah lemah untuk cidera.
Untuk mengatasi masalah ini Isidore the Younger meningkatkan ketinggian kubah yang meningkatkan busur dan kedalaman, dan menambahkan 40 tulang rusuk untuk memberikan dukungan.
Namun, sebelum perbaikan ini, ia terpaksa membangun kembali sebagian besar tembok dan semi-kubah asli agar kubah baru tersebut bertahan lebih lama dari yang pertama.
Konstruksi kubahSejarah dua generasi arsitek dan dua kubah terpisah ini dikenal melalui penulis Bizantium dan survei arsitektur abad ke-20.
Kemegahan Hagia Sophia tercatat sepanjang abad, seperti yang terlihat dalam deskripsi ini oleh patriark Konstantinopel abad ke-9 bernama Photios:
"Pada abad ke-20, banyak insinyur arsitektur terpesona dengan skala Hagia Sophia dan ingin mengetahui bagaimana bangunan tersebut dirancang, dilaksanakan, dan dibangun."
Robert Van Nice, yang bekerja untuk Dumbarton Oaks, adalah orang Barat pertama yang diberi akses ke Hagia Sophia yang baru disekularisasi pada tahun 1930an. Analisis struktural Van Nice kemudian diterbitkan pada tahun 1960-an.
Kualitas estetika desain geometris adalah hal yang paling menjadi perhatian karya abad ke-20 di Hagia Sophia.
Perpaduan keindahan, harmoni, dan matematika, gambaran obyektif Hagia Sophia mengungkapkan keindahan tertentu dalam desainnya. Hal ini berlaku pada banyak bangunan yang dibangun di Roma kuno dan Konstantinopel Antik Akhir, misalnya.