Le panthéon de Palmyre reflète les influences multiples qui s'exercent dans l'oasis.
Les dieux locaux
Le dieu majeur est Bêl, nommé sans doute Bôl à l’origine. Dieu topique de l’oasis, il est entouré d’acolytes divers comme Iarhibôl (dieu solaire de la source Efqa) et Aglibôl (dieu-lune), ou encore Malakbêl (« l’ange de Bêl ») et Bôlastor. D’autres dieux locaux subsistent comme Arsu, dieu militaire identifié au dieu grec Arès.
Des divinités d'origines multiples
Les Palmyréniens avaient également adopté des divinités des pays voisins. Certaines proviennent de Mésopotamie comme Nabû, dieu-scribe, Shamash (Soleil) et Nergal. La Syrie des sédentaires a fourni des dieux majeurs de la cité, comme Baalshamin, « maître des cieux », dispensateur de la pluie et de la fertilité, ou Atargatis, la grande déesse de Syrie du Nord, maîtresse des animaux. Il faut aussi compter avec les dieux arabes, les dieux des nomades, comme Allat, déesse guerrière, ou Shai al-Qawn, le dieu « qui ne boit pas de vin ».
D’autres viennent de plus loin, comme le Phénicien Shadrafa, l’Égyptien Baal-Hammon, ou quelques rares dieux grecs adoptés pour eux-mêmes, comme Héraclès, Némésis et la Tychè. Des assimilations se sont produites à la fois par les noms (Bêl et Baalshamin sont appelés Zeus dans les textes en grec) et par l’iconographie (la statue d’Athéna dans le sanctuaire d’Allat).
Les cultes
Les sanctuaires les plus importants accueillent non seulement le dieu principal, mais une foule de divinités secondaires qui ne possèdent pas nécessairement de temple en propre. Les rites, mal connus, comportent des processions et surtout des banquets, auxquels on accède sur invitation comme en témoignent des milliers de tessères, jetons de terre cuite ou de métal avec la représentation du dieu ou de ses symboles.
