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Gli ambienti interni sono distribuiti secondo lo schema della casa veneziana: passando per il portale d'ingresso un «portego da basso» dà accesso una serie di stanze di servizio e mediante uno scalone monumentale, negli appartamenti superiori, a una struttura omologa con variazioni dal punto di vista funzionale.<ref name=":1">{{Cita libro|autore=Chiara Marin|autore2=Jacopo Bonetto, Marta Nezzo, Giovanna Valenzano, Stefano Zaggia|titolo=Palazzo Cavalli|anno=2022|editore=Donzelli|città=Roma|p=116|volume=Arti e Architettura. L'Università nella città|opera=Patavina Libertas. Una storia europea dell'Università di Padova|ISBN=978-88-5522-226-6}}</ref>
[[File:Atrio Palazzo Cavalli alle Porte Contarine.jpg|thumb|Androne al pianterreno|sinistra]] Al pianterreno un androne strutturato T introduce da un lato, verso l’Arena, a due sale affrescate, un tempo adibite a camere da ricevimento per gli amici o piccoli gruppi di visitatori, dall’altro lato, verso le Porte Contarine, alla considdetta Sala della Caccia, con funzione di tinello, accanto alla quale si trovavano le cucine. L'ambiente di ingresso presenta, parallelamente alla facciata, un architrave sorretto al centro da due colonne ioniche, ribattute sulle pareti laterali con paraste ioniche.<ref name=":1" />[[File:Atrio Palazzo Cavalli alle Porte Contarine.jpg|thumb|Androne al pianterreno|sinistra]]
[[File:Scalone Palazzo Cavalli alle Porte Contarine.jpg|thumb|Scalone ]] Sempre sul lato più vicino alle Porte Contarine, ma spostandosi sul versante meridionale, si trova un grande vano quadrato occupato scala monumentale, che non solo assolve solo la funzione di connessione dei tre piani dell’edificio, ma assume nel contempo un ruolo centrale nel sottolineare l'importanza dell famiglia. Si tratta di uno scalone impostato secondo lo schema di rampe concentriche che si strutturano attorno a un vuoto centrale. È sorretto da una serie di colonne di tipo [[Ordine ionico|ionico]] e corinzio, le quali si riflettono con paraste sulle pareti laterali. Il parapetto si compone di una lunga serie di balaustrini barocchi. Il soffitto originale era costituito da un lucernario ottagonale, ma rimosso a fine Ottocento. In aggiunta, lo scalone dava accesso ad alcune strutture pensili con funzione di latrina, a uno stanzino ligneo che si affacciava sul giardino interno e a un camerino, entrambi non più presenti.<ref name=":1" />[[File:Scalone Palazzo Cavalli alle Porte Contarine.jpg|thumb|Scalone ]]
[[File:Salone Palazzo Cavalli alle Porte Contarine.jpg|thumb|Salone |sinistra]] Il piano nobile si distribuisce in un salone centrale che riprende la struttura a T del piano terra e lo porta a doppia altezza, il quale disobbliga a nord-ovest nella camera padronale e nel cosiddetto «camerino de’ fiori»<ref name=":10" />, mentre a nord-est in stanze ricche di quadri e nella camera degli stucchi, ovvero l’ambiente che doveva essere il più fastoso dell’intero palazzo.<ref name=":10">{{Cita libro|autore=Chiara Marin|autore2=Jacopo Bonetto, Marta Nezzo, Giovanna Valenzano, Stefano Zaggia|titolo=Palazzo Cavalli|anno=2022|editore=Donzelli|città=Roma|p=117|volume=Arti e Architettura. L'Università nella città|opera=Patavina Libertas. Una storia europea dell'Università di Padova|ISBN=978-88-5522-226-6}}</ref>[[File:Salone Palazzo Cavalli alle Porte Contarine.jpg|thumb|Salone |sinistra]]
Successivamente il palazzo subirà leggere modifiche, tra cui l'innalzamento e la successiva demolizione di un muro che divideva il salone superiore dal vestibolo e il completo rifacimento dello scalone per le condizioni strutturali precarie in cui versava.<ref>{{Cita libro|autore=Chiara Marin|autore2=Jacopo Bonetto, Marta Nezzo, Giovanna Valenzano, Stefano Zaggia|titolo=Palazzo Cavalli|anno=2022|editore=Donzelli|città=Roma|p=123|volume=Arti e Architettura. L'Università nella città|opera=Patavina Libertas. Una storia europea dell'Università di Padova|ISBN=978-88-5522-226-6}}</ref>
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