Смелость Арнольфо, первого из великих флорентийских архитекторов, проявлялась не только в масштабе принимаемых им на себя обязательств, но и в решительности, с которой он выделял главное — то, что итальянцы называют membratura, то есть скелет здания. Этот термин заимствован из анатомии (ср.: человеческий скелет). Микеланджело, последний великий зодчий, работавший в традициях Арнольфо, считал, что архитектура во многом соотносится с анатомией, а флорентийский Дуомо, с его ярко выраженной membratura, можно уподобить обнаженной натуре в зодчестве, настолько явно в нем выражены все мышцы, все сухожилия, вся структура опорных костей. Снаружи это ослепительная гора, заключенная в оболочку из природного тосканского мрамора, внутри — гордо выпрямившийся человек. Арнольфо был и скульптором, и статуи, выполненные им для старого фасада (ныне замененного фасадом в викторианском стиле) и для внутреннего убранства собора — их можно увидеть в Музее собора, — странным образом обладают фамильным сходством с самим интерьером Дуомо, словно бы все святые, Мадонны, епископы и здание принадлежали к одной и той же породе жителей пограничной области — высоких, сильных, бесстрастных.
Арнольфо довел работу до сооружения средокрестия, а по некоторым сведениям — до барабана купола, и скончался. Размах его амбиций был столь грандиозен, что задачу, доставшуюся в наследство его преемникам, не могли разрешить более ста лет. Основная проблема состояла в том, чтобы возвести крышу над колоссальным пролетом средокрестия. Прецедентов не было, поскольку со времен античности куполов такого диаметра не строили, а секреты античных зодчих так и остались нераскрытыми. В поисках идей приглашали различных специалистов. Кто-то предложил насыпать в средокрестии огромный холм земли, подмешав в нее мелкие монетки (quattrini), чтобы на нем возвести купол собора. Затем, после завершения работ, предполагалось призвать жителей города: чтобы достать монетки, они должны были выгребать землю, постепенно удаляя насыпь, на которой соорудили купол. Основное достоинство этого дикого плана состояло в том, что он обеспечивал практически бесплатную рабочую силу — люди, можно сказать, уподобились бы муравьям. Республика, при всех ее высоких идеалах, всегда заботилась об уменьшении расходов; в частности, с Арнольфо расплатились тем, что просто освободили его от уплаты налогов.
В 1418 году был объявлен конкурс на проект купола, и к участию в нем пригласили архитекторов со всей Италии. Подобные конкурсы на выполнение общественно значимых работ проводились во Флоренции регулярно, и незадолго до описываемых событий молодой Филиппо Брунеллески проиграл Лоренцо Гиберти в конкурсе ваятелей: модель Гиберти для вторых бронзовых дверей Баптистерия была признана лучшей. Разочарованный Брунеллески — во всяком случае, так гласит легенда, — уехал в Рим вместе с Донателло и посвятил себя архитектуре; он был уверен, что в этой области никому не удастся превзойти его. В Риме он прожил несколько лет, зарабатывая на жизнь ювелирными работами и изучая строения древнеримского периода. Особое внимание он уделял Пантеону и его куполу. Когда был объявлен конкурс, Брунеллески вернулся во Флоренцию и заявил, что придумал способ возвести купол над Санта Мария дель Фьоре без центральной опоры — эту задачу все считали совершенно невыполнимой.
Подобно Колумбу, он предстал перед собранием скептиков, и, задолго до Колумба, предложил им решение задачи с яйцом. «Он предложил, — писал Вазари, — всем мастерам, иностранцам и соотечественникам, поручить возведение купола тому, кто сможет поставить яйцо вертикально на кусок гладкого мрамора, ибо этим он докажет свою гениальность. Все они взяли по яйцу, и делали все, что было в их силах, чтобы заставить его стоять вертикально, но ни одному мастеру это не удалось. Тогда они предложили Филиппо самому поставить яйцо вертикально, и он, взяв его изящным жестом, разбил его конец о кусок мрамора и таким образом заставил яйцо стоять». Он перекрыл огромное пространство двойным куполом, причем внешняя оболочка опиралась на внутреннюю, обеспечивая тем самым равномерное распределение веса — идею такой конструкции он, вероятно, почерпнул при изучении Пантеона.