Συγκεκριμένα στη νότια πάροδο του αρχαίου θεάτρου, κάτω από αλλεπάλληλες στρώσεις μεγάλων λιθοπλίνθων που προέρχονται από την νότια πάροδο και τη σκηνή και οι οποίοι αφαιρέθηκαν, αποκαλύφθηκε το ιερό της Νεμέσεως. Την ταυτότητα του ιερού αποδεικνύει λίθινο έδρανο για την εναπόθεση προσφορών, καθώς και σημαντικός αριθμός αναθηματικών επιγραφών ιερέων και επιφανών προσώπων.
Όπως δήλωσε ο κ. Τριανταφυλλίδης, «η ύπαρξη ιερού Νεμέσως δεν είναι τυχαία εντός της νότιας παρόδου, καθώς κατά την πρώιμη ρωμαϊκή περίοδο του θεάτρου η κατασκευή της υπόσκαφης αρένας στην ελληνιστική ορχήστρα έδινε τη δυνατότητα διεξαγωγής των περίφημων θεαμάτων των μονομαχιών μεταξύ των gladiatores (μονομάχων), οικογένειες των οποίων ζούσαν στη Μυτιλήνη.
Καθώς ο αγώνας τους όφειλε να επιστέφεται με την απονομή δικαιοσύνης και την αναγόρευση σε νικητή του καλύτερου εξ αυτών μονομάχων η ύπαρξη ιερού της Νεμέσεως ήταν απαραίτητη».
Ας σημειωθεί ότι, με αφορμή το σημαντικό εύρημα που αναδεικνύει τη σημασία του αρχαιολογικού χώρου του αρχαίου θεάτρου, συνεχίζεται η διεπιστημονική συνεργασία της Εφορείας Αρχαιοτήτων Λέσβου με τη Σχολή Αρχιτεκτόνων Μηχανικών του Πολυτεχνείου του Μπάρι της Ιταλίας στην αρχαιολογική και αρχιτεκτονική-γεωμετρική τεκμηρίωση του αρχαίου θεάτρου της Μυτιλήνης.
Η συνεργασία αυτή, επέφερε σημαντικά αποτελέσματα για την έρευνα του σημαντικού αυτού μνημείου της Μυτιλήνης.
Πέραν από τη μελέτη του οικοδομικού υλικού που σώζεται στη θέση του και σποραδικά στο αρχαίο θέατρο, από τους καθηγητές Georgio Rocco και Monica Livadiotti υποδεικνύονται δυο τουλάχιστον φάσεις του θεάτρου στην ελληνιστική (3ος αιώνας π.Χ.) και ρωμαϊκή περίοδο (1ος αιώνας π.Χ.).
Αριθμός Πιστοποίησης Μ.Η.Τ.232163