Descrição do esquema arquitetónico
Quando Gaudí começou a dirigir a construção do templo, somente estava construída a cripta, na qual modificou os capitéis, que passaram de ser em estilo coríntio a outro estilo inspirado em motivos vegetais. Gaudí evolucionou desde o primeiro projeto neogótico para o seu estilo particular naturalista, orgânico, adaptado à natureza; uma das suas fontes de inspiração foi a Caverna do Salnitre em Collbató (Barcelona). Gaudí opinava que o gótico era imperfeito, porque as suas formas retas, o seu sistema de pilares e arcobotantes não refletia as leis da natureza, que segundo ele é propensa às formas geométricas regradas, como são o paraboloide hiperbólico, o hiperboloide, o helicoide e o conoide.[25] As superfícies regradas são formas geradas por uma reta, denominada geratriz, ao se deslocar sobre uma linha ou várias, denominadas diretrizes. Gaudí as achou em abundância na natureza, como por exemplo, em juncos, canas ou ossos; dizia que não existe melhor estrutura do que um tronco de árvore ou um esqueleto humano. Estas formas são ao mesmo tempo funcionais e estéticas, e Gaudí empregou-as adaptando a linguagem da natureza às formas estruturais da arquitetura, aproveitando as suas qualidades estruturais, acústicas e de difusão da luz Gaudí associava a forma helicoidal ao movimento, e a do hiperboloide à luz.
Gaudí foi modificando a sua concepção do templo ao longo dos anos, já que as interrupções das obras por falta de recursos econômicos deram tempo para buscar novas soluções estruturais. Assim mesmo, aproveitou a sua experimentação em outros projetos para incorporar na Sagrada Família as suas inovações mais bem-sucedidas: a cripta da Colônia Güell, bem como as galerias e viadutos do Parque Güell, serviram-lhe para adotar novas soluções arquitetônicas baseadas em hiperboloides e paraboloides, bem como em colunas helicoidais. Igualmente, as torres da Sagrada Família estavam inspiradas num projeto não realizado para umas "Missões Católicas Franciscanas" em Tânger (1892), encarregado pelo marquês de Comillas.
Para Gaudí um elemento chave na sua forma de conceber a estrutura é o arco parabólico ou catenária, também chamado funicular de forças, que utilizou como elemento mais adequado para suportar as pressões. Mediante a simulação de diferentes poli-funiculares experimentais determinou a forma ótima da estrutura para suportar as pressões dos arcos e as abóbadas, primeiro na cripta da Colônia Güell e depois na Sagrada Família. Gaudí desenvolveu um modelo à escala de cordéis tecidos dos quais se suspendiam pequenos sacos que simulavam os pesos, assim determinava o funicular de forças e a forma da estrutura. Portanto, a partir do estado de cargas, simuladas com os sacos, determinou experimentalmente a forma da estrutura, que chamou estereostática, que reproduzia o modo ideal para trabalhar a tração, e que, quando invertida, obtinha a estrutura idônea para trabalhar a compressão. (ver maquete funicular de Rainer Gräfe).
Gaudí concebeu a Sagrada Família como se fosse a estrutura de uma floresta, com um conjunto de colunas arvorecentes divididas em diversos ramos para sustentar uma estrutura de abóbadas de hiperboloides entrelaçados. Inclinou as colunas para receberem melhor as pressões perpendiculares à sua seção; aliás, deu-lhes forma helicoidal de duplo giro (dextrogiro e levogiro), como nos ramos e troncos das árvores. Pelo conjunto de elementos aplicados nas colunas - inclinação, forma helicoidal, ramificação em várias colunas menores - conseguiu uma simples forma de suportar o peso das abóbadas sem necessidade de contrafortes exteriores.
Desenhou uma planta em cruz latina com o altar-mor sobre a cripta, rodeado de sete capelas absidais; frente ao altar, um cruzeiro de três naves, com os portais da Natividade e a Paixão; em senso longitudinal o corpo central, de cinco naves, com o Portal da Glória. A planta tem umas dimensões de 110 x 80 metros; a zona edificada terá uma superfície total de 4500 m2. Sua capacidade será de 14 000 pessoas.
O conjunto incluirá ainda um claustro que circundará a igreja, previsto para a realização de procissões e para isolar o templo do exterior; junto ao presbitério estarão as sacristias e, entre elas, a capela da Assunção; aos pés da igreja, as grandes capelas circulares do Batismo e a Penitência; no interior o templo disporá de trifórios ou galerias para cantores. O templo terá dezoito torres[3], quatro em cada uma das três portas fazendo um total de doze pelos apóstolos, no centro a torre do zimbório dedicada a Jesus Cristo, de 170 m de altura, outras quatro dos evangelistas em torno da torre-zimbório, e sobre a abside outro zimbório dedicado à Virgem Maria. As torres têm perfil parabólico, e dispõem de umas escadas helicoidais que deixam a parte central oca para situar ali uns sinos tubulares dispostos como carrilhão.
Junto ao templo Gaudí construiu vários edifícios anexos: a casa do capelão (construída em 1887 e reformada entre 1906 e 1912), construção simples de tijolo, à qual se encostaram diversos espaços destinados ao escritório de Gaudí, uma oficina de maquetes, um laboratório de fotografia e uma sala de atos; e as Escolas da Sagrada Família (1909), pequeno edifício destinado a servir como escola para os filhos dos operários que trabalhavam na obra.