La estación de Atocha –Largo recorrido- está constituida por tres partes diferentes. La gran nave donde se detienen los trenes, la prolongación de esta gran nave en otra más baja con marquesinas inferiores y la conexión de la gran nave con la estación antigua.
Toda la zona correspondiente a la conexión con la zona antigua, donde se desarrolla el intercambio de viajeros con la estación de cercanías, está formada por losas de hormigón armado fungiforme de 0,60 cm de espesor, un gran capitel de 10 m de radio y 1,00 m de canto. Esta losa está soportada por pilares, según una cuadrícula oblicua de 17,66 x 16,60 m y 1,20 m de diámetro.
La gran nave se ordena según una cuadrícula oblicua de 17,66 x 16,60 m. Su estructura es fungiforme y metálica. Los pilares de 1,20 m de diámetro y 23 m de altura se cubren con un techo nervado metálico formado por vigas radiales de doble T de 20 cm de anchura y canto variable entre 1,03 y 0,50m.
Todas estas “setas” se unen entre sí para mejorar su estabilidad al viento. Las “setas” metálicas nervadas se prefabricaban y se montaban de una sola vez con la ayuda de una gran grúa. La conexión con los pilares de hormigón se realiza con una corona especial que establece una vinculación empotrada entre la “seta” nervada y el pilar cilíndrico. Lateralmente se dispone una gran celosía acristalada.
El tercer elemento de la estación de largo recorrido se completa con una cubierta aporticada de 16,60 m de luz.