Gli ambienti sono abilmente disposti secondo la luce: così, quella da Nord rende meno imponenti le strutture della Sala del trono e quella da Mezzogiorno esalta la bellezza del Camino degli angeli, in cui le giocose figure in oro, azzurro (colori araldici dei Montefeltro) e bianco di Cosimo Rosselli, sembrano quasi prendere vita.

Il cuore del Palazzo è lo Studiolo a tarsíe lignee del duca Federico, realizzato probabilmente da Baccio Pontelli, su disegni di Sandro Botticelli (le virtù teologali) e, forse, di Francesco di Giorgio Martini.

Le immagini prospettiche di una realtà virtuale tramandano tanta parte della cultura umanistica, con il senso nuovo della vita bella, ma destinata a finire troppo presto.

Lo strumento musicale con una corda rotta, poggiato su una mensola che esiste solo per il gioco della prospettiva, ricorda come anche le cose più belle abbiano questa sorte. Visitandolo, ci si trova in un ambiente "vissuto", con i libri che sembrano appena sfogliati, con gli sportelli dell'arredamento che paiono illusoriamente lasciati aperti a testimoniare la presenza costante del duca, invece troppo spesso lontano, ed anche a rivelare i suoi interessi letterari, musicali, scientifici. In quel luogo continuano a parlare, con un linguaggio universale ed immortale, i ventotto uomini illustri che Federico vuole in immagine, quasi per stabilire con loro un dialogo ideale. E, ancora, i due Tempietti del Palazzo, l'uno dedicato alle Muse e l'altro a Dio (Cappellina del Perdono), dicono di un tempo nel quale l'arte avvicina a Dio in una continua tensione ideale tra umano e divino.