Les chapiteaux de la nef et des collatéraux présentent plusieurs types de décor : 16 (dont 15 dans la nef) sont ornés d'une grande collerette de feuilles lisses, répandue en Normandie dans les années 1050-1080 ; la représentation du motif est raide et schématique ; entre les volutes à l'échancrure très marquée, s'inscrivent sur chaque face deux petites feuilles lisses juxtaposées ou des crossettes affrontées ou entrecroisées ou, plus rarement, un dé orné en creux d'une étoile à quatre branches. D'autres chapiteaux présentent une variante avec une collerette de grosses volutes en fort relief qui se voit également à Notre-Dame-de-la-Couture du Mans ou à Graville-Saint-Honorine ; les volutes peuvent dans certains cas être disposées de biais, parallèles ou orientées dans le même sens (bas-côté sud) comme à la chapelle Sainte-Paix de Caen, à Graville-Saint-Honorine, à Notre-Dame de Guibray de Falaise, au chevet de Beaumais et au portail d'Ecajeul. Un troisième type de chapiteaux offre une collerette de crosses affrontées, issues de motifs phytomorphes sculptés en faible relief, qui se retrouvent au niveau du dé par groupe de deux ou de quatre. Il est présent dans les piles sud des grandes arcades de la nef, contre la face sud du mur méridional du chœur à l'entrée de l'ancienne absidiole (copie, majeure partie du bloc déposée au Musée de Normandie) et dans l'arcature du mur de fond du bras nord du transept (remanié). Les motifs phytomorphes, plus ou moins rectilignes ou souples, s'organisent diversement, s'enchevêtrent ou s'espacent. Ces chapiteaux peuvent être rapprochés de ceux contemporains de l'arcature basse et des baies de la chapelle Sainte-Paix de Caen et de ceux de l'église de Bernay.

Les chapiteaux à masques constituent l'autre dominante iconographique des chapiteaux des grandes arcades nord et sud de la nef. Ce motif en souligne le dé disposé au centre de chaque face, en lieu et place du retroussis de la collerette, ou les volutes d'angle. Il confère une plus ou moins grande monumentalité structurale à la corbeille, très répandue en Normandie dans les années 1050-1080. S'observe cependant une moins grande rigueur de conception dans les effets de symétrie et les espacements des motifs décoratifs. Les motifs végétaux, très variés d'un chapiteau à l'autre, relient entre eux les masques. Ils témoignent d'une stylisation qui se généralise en Normandie dans la seconde moitié du 11e siècle. Le masque relié par des tiges végétales se retrouve dans l'enluminure anglaise et normande du 11e siècle mais il est peu probable qu'il en dérive directement, la formule ayant été éprouvée antérieurement en Italie. Cependant, une filiation directe entre les sculptures ornementales du sud de la péninsule et la Normandie reste difficile à établir. Le motif de têtes sans menton, également visibles à la crypte de Bayeux, à l'église de Creully et dans plusieurs édifices du 12e siècle, pourrait dériver de la culture scandinave ou d'une lointaine réminiscence de l'art celte. Des filiations plus tangibles peuvent être retenues entre les chapiteaux à masques de la Trinité et ceux de Bernay et de Saint-Étienne de Caen, ces derniers ayant été malheureusement retaillés. Parmi les chapiteaux à masques se trouve une sous-catégorie particulière, celle des chapiteaux à protomés de béliers aux angles qui se trouvent à la croisée du transept et sur le côté méridional du vaisseau central. Au centre de la corbeille se développement des motifs végétaux stylisés en crossettes (entrecroisées et affrontées) et en folioles, des rinceaux de demi-palmettes. Ce type de chapiteau dérive de l'art antique et se retrouve dans de nombreux édifices romans de la Toscane où l'archevêque Maurille fut un temps abbé. L'influence italienne est donc plausible. Image du Christ pasteur, le motif du bélier apparaît aux piles méridionales du transept, le sud marquant symboliquement le Nouveau Testament.

D'autres chapiteaux à décor figuré animal ou humain existent dans la nef et les absidioles. Ils forment un ensemble hétérogène. Leur décor est relativement peu organisé. La frise animalière est un thème récurrent dans l'art roman, visible au clocher-porche de Saint-Benoît-sur-Loire et au transept du Mont-Saint-Michel par exemple. Sa signification symbolique est peu compréhensible aujourd'hui. La qualité ornementale de ce groupe de chapiteaux s'apparente aux reliefs des modillons qui ornent à l'extérieur les corniches de l'église de la Trinité. La proportion de ces chapiteaux au sein de cet ensemble attestent de l'importance que prend la représentation animale et humaine dans la sculpture ornementale.