Érigée dans sa forme actuelle en 537, Sainte-Sophie a été pendant un millénaire la plus grande basilique chrétienne du monde. Centre religieux de l'Empire byzantin, elle est ensuite convertie en mosquée et symbolise, pendant cinq siècles, un islam triomphant. En 1923, la République turque prend la place de l'Empire ottoman et Sainte-Sophie, désacralisée, devient musée. Des travaux de recherche et de restauration permettent alors de redécouvrir sous les décorations ottomanes une partie des trésors qu'elle abritait : les œuvres byzantines exceptionnelles mises au jour ont suscité un élan qui a permis de redonner à l'Empire byzantin sa juste place dans l'histoire. Mais l’avenir de la gigantesque coupole de Sainte-Sophie et des merveilles qu'elle abrite est incertain : un nouveau grand séisme est annoncé dans les vingt prochaines années, et les travaux de restauration sont ralentis par des tensions politico-religieuses. In situ Une équipe internationale d'architectes, de sismologues et d'ingénieurs cherche à percer les secrets de l'exceptionnelle résistance du bâtiment aux séismes. En analysant ce qui fait la force de l'édifice, ils espèrent découvrir ses faiblesses cachées afin de pouvoir intervenir pour sa sauvegarde. En suivant leurs travaux in situ, ce documentaire nous plonge dans l’histoire des civilisations, de l'art et des religions, et se double d'une enquête scientifique très contemporaine.