经勘探，汉武帝的帝陵位于茂陵陵园中心位置。帝陵封土的外形为截锥体(即“覆斗状”)，现存高度48.5米，底部边长240米左右，顶部的边长40米左右。在其封土四面正中位置各有一条墓道，平面均为梯形，其中东墓道封土外部分长21米，深达12米。

    焦南峰说：“帝陵陵园的四周有园墙，四墙距封土的距离为80余米，园墙中部各有阙门，四角有角楼，残存高度3米多。同时，新发现了包括陵庙、寝殿等在内的大小建筑遗址14处，面积达32万平方米，陵园内外发现的埋藏有各类陪葬品的外藏坑400座，比秦始皇陵发现的还多。”

    另外，汉武帝生前喜爱的李夫人的墓葬位于陵园西北部，东南距汉武帝陵近500米，四周有园墙，四墙距封土22-34米。而在陵园东北部的一座大型墓葬，西南距帝陵620米左右，四周竟然也有园墙。在其以东，则有8座中型墓葬南北向成对排列。

    同时，考古人员确定了为汉武帝守陵而设置的县城——茂陵邑的位置和范围。陵邑位于茂陵陵园以东司马道北侧，和陪葬墓一起组成了陵园一个不可缺少的组成部分。它距现在以霍去病墓为载体的茂陵博物馆几十米，其平面为西南-东北向的长方形，四面以围沟为界，未发现墙垣迹象，面积约28万平方米。

    汉陵考古队副队长马永赢说：“陵邑的这种布局，突出体现了陵园的宏大布局、帝陵的独尊地位和开放的风格。这种将陵邑镶嵌于陪葬墓中和没有城墙的做法在历史上可谓独此一例。陵邑内交通纵横，发现有数十个里坊，其中东南部为烧陶作坊区。我们重点对中南部进行了勘探，发现多处居民住宅遗址，周围还散落有建筑遗物。”

    焦南峰说：“汉十一陵，唐十八陵，东西一线一百余公里，如一串串磨损的珍珠，需要精熟的手艺人重新来发现、打磨、镶嵌它，让人们在快餐式的人文景观消费中重觅震憾。汉武帝的陵园布局之谜虽已破解，可是对于以汉唐帝陵为代表的大遗址，我们的科学保护永续利用之路才刚刚开始。”