В 2001–2008 гг. были проведены картография и точное копирование всех фресок для фиксации их состояния. Росписи нефа расположены в пять регистров разной высоты (верхний – 1,66 м, второй и третий регистры – 1,91 и 1,93 м, четвёртый регистр – 2,4 м, в нём представлены фигуры святых). В трансепте, внешние стены которого ниже, фрески размещены в три регистра, а в угловых компартиментах – в четыре регистра на внутренних стенах и в три – на внешних. Композиции в апсиде («Причащение апостолов» и «Платитера») были повреждены в результате протечек (новое изображение «Платитеры» в конхе было выполнено в конце XVII в.). Фигуры иерархов в композиции «Служба св. отцов» не подписаны. На внутренних сторонах арок между алтарём, диаконником и жертвенником изображены четыре диакона (Лаврентий, Евпл, Роман Сладкопевец, первомученик Стефан). На восточной стороне предалтарных столбов в обрамлении арок из стука помещены поклонные образы Христа Вседержителя и Богоматери с Младенцем, которые сидят на тронах, над ними – погрудные изображения апостолов Петра и Павла. Сцены двунадесятых праздников размещены во втором сверху регистре на южной, западной и северной стенах центрального нефа (утрачены «Благовещение», «Воскрешение праведного Лазаря» и «Вход Господень в Иерусалим», располагавшиеся на восточной и западной стенах), а сцены Страстного цикла – в первой (верхней) зоне рукавов трансепта и на северной и южной стенах алтаря. Сцены цикла Цветной Триоди, иллюстрирующие евангельские чтения от Пасхи до Пятидесятницы, сосредоточены в трёх компартиментах: в юго-восточном – «Жёны-мироносицы и Христос» (третья Неделя по Пасхе), в юго-западном – «Христос учит иудеев» (понедельник Светлой седмицы), «Изгнание торгующих из храма» (пятница Светлой седмицы), «Исцеление расслабленного» (четвёртая Неделя по Пасхе), «Исцеление слепого» (шестая Неделя по Пасхе), «Христос и самарянка» (пятая Неделя по Пасхе), в северо-западном – «12-летний Христос учит в Иерусалимском храме» (Преполовение Пятидесятницы). Цикл Цветной Триоди, по замечанию Е. Цигаридаса, стал широко распространённым в палеологовский период. Этот цикл продолжается в алтарной части: на северной стене алтаря изображено «Уверение апостола Фомы» (вторая Неделя по Пасхе), в конхах жертвенника и диаконника – Христос «в ином образе» (при явлении апостолам Луке и Клеопе по дороге в Эммаус) и «Трапеза в Эммаусе» (вторник Светлой седмицы). Хотя храм Протата в Карее посвящён Пресвятой Богородице, Богородичный цикл состоит только из четырёх композиций (тогда как в других фресковых ансамблях той эпохи их значительно больше: десять – в кафоликоне монастыря Хиландар, одиннадцать – в церкви Георгия Победоносца в Старо-Нагоричино, двенадцать – в церкви Пресвятой Богородицы Перивлепты в Охриде, по пятнадцать – в монастыре Хора в Константинополе и в церкви св. Апостолов в Фессалонике). «Благовещение» (сохранилась роспись 1686 г.) расположено на восточной стене северного трансепта; «Успение Пресвятой Богородицы» (строго говоря, относящееся к числу двунадесятых праздников) – в третьем регистре сверху на западной стене во всю её ширину; «Рождество Пресвятой Богородицы» и «Введение во храм Пресвятой Богородицы» изображены напротив друг друга в южном рукаве трансепта под сценами Страстного цикла. «Успение Пресвятой Богородицы» – самая большая по размеру и числу персонажей композиция в храме Протата.