Технология приготовления раствора следующая: в большую яму бросали негашеную известь, внутренности и трупы животных. Яму закрывали, процесс гашения извести продолжался около 30 лет. Затем мастер открывал яму и определял, готов раствор или нет. Если он был готов, то в яму кидали большое количество сырых яиц. Есть даже версия, что помимо яиц, в раствор добавляли медуз. Такой раствор применяли при постройке крепости, храмов и внутри храмов, перед нанесением фресковой росписи. В стены церкви замурованы четыре кувшина, так называемые голосники, которые гасят акустический резонанс и создают хорошую акустику.
Интересно, что фрески наносились на стену, которая до этого покрывалась тремя слоями: известь с песком, верблюжья или овечья шерсть, перемешанная с известью, а затем - простой раствор извести. Мастера наносили роспись на мокрую штукатурку, поэтому на работу им было дано всего пять часов, пока она не начнет высыхать. У художника не было права на ошибку, рисунок наносился только один раз, его нельзя было исправить. Материал, которым мастера наносили на стены храма росписи, изготавливался из полудрагоценных камней: Лазурит перетирали в пыль и замешивали его с цветной глиной и другими материалами, после чего мастера наносили роспись.
Как считают ученые, расписывать храм святого Димитрия (в Феодосии) мог легендарный Феофан Грек, или кто-то из его учеников. Есть сведения о монументальных работах Феофана Грека, которые он выполнял на родине в Константинополе и его окрестностях и по дороге в Россию в Кафе (так тогда называлась Феодосия) расписал три церкви. В то время настоящие качественные фрески - очень дорогая работа. Видимо, богатые греческие купцы пригласили Феофана в Кафу для росписи греческих храмов. К сожалению в церкви Дмитрия Солунского не сохранились ранее описываемые фрески с ликами Пресвятой Богородицы и апостолов, пророков Ионы, Аввакума, царя Давида, левая часть Евхаристии. Но и то, что осталось, потрясает: это в алтарной апсиде левая часть фрески «Евхаристия», где шесть апостолов подходят к Христу для Причастия.
В центре апсиды - Деисус (греч. - моление). К Христу Вседержителю, сидящему на престоле, склонились Богородица и Иоанн Предтеча.
На западной стене изображён Страшный Суд. Хорошо видны фигуры трех грешников, нисходящих в ад. Под ними, опоясывая все пространство от входных дверей до стены - изображение древнего змея, в пасти которого сидит Князь Тьмы, держащий на руках предателя Иуду.
Сильно повреждены фрески были турками во время взятия Кафы, также свой вклад в их разрушение вложили и большевики. Помимо этого, в советский период атеизма, в храме Димитрия Солунского размещался склад горюче-смазочных материалов. В 1927 году, во время сильного землетрясения, в храме образовалась большая трещина, разделившая алтарь на две части. В результате чего повредилась роспись, осыпалась штукатурка. Восстановлением святого места занялись искусствовед Н.С. Барсамов и художник К.Ф. Богаевский. На эти работы Феодосийской думой им было выделено около 120 рублей. Спустя какое-то время на месте бывшей трещины, на вновь нанесенной реставраторами штукатурке, чудом проявился лик Иисуса Христа.