Le pavillon du Prince Impérial est construit dans l'enfilade du bâtiment Chambert dont il reprend l'alignement, l'élévation et le parti (en réduction) de la colonnade. Le bâtiment est en effet précédé dans sa partie centrale d'un petit avant-corps porté par deux pilastres latéraux et scandé par par quatre colonnes d'ordre dorique. L'alignement avec le bâtiment Chambert est double car outre l'alignement de la façade, à l'intérieur, son axe nord/sud est implanté dans le prolongement de la galerie Bordeu. L'édfice, au plan proche du carré, est couvert par un toit terrasse qui comprend au centre un dôme percé d'une verrière. La façade est couverte d'une claustra en ciment ton pierre très graphique qui voit alterner jours verticaux et horizontaux, structurés en neuf panneaux. Les autres élévations sont percées à l'étage de vastes baies horizontales.

Le rez-de-chaussée est organisé en atrium avec en son centre une fontaine circulaire en marbre (restaurée en 2000) qui fait office de buvette. Sa partie centrale, évidée pour permettre la présence du personnel, est ornée de la sculpture La Baigneuse de Boy. Les quatre angles de l'atrium abritent trois salles de soin qui accueillent les bains de pied, les gargarismes et les bains nasaux. Au fond de l'atrium, un escalier symétrique en marbre donne accès à l'étage où les trois autres galeries abritent les cabines médicales. Elles sont précédées de salles d'attente et on y prodigue trois types de soins (douches pharyngées, insufflations tubaires et Proëtz).