Пальмирский пантеон включал в себя целый ассортимент божеств из Сирии, Аравии, Персии и Вавилона, причем некоторые из них имели дополнительные латинские имена. По существу, это была та же религия, что и в Северной Сирии и Сирийской пустыне. Главную роль играл Бел. Это был не вполне солярный, а скорее космический бог вавилонского происхождения и соответствовал Мардуку. Он руководил судьбами людей и заведовал небесными богами. Ему был посвящен великий храм. Позднее его отождествляли с Зевсом. Другой храм в Пальмире был посвящен Баалшамину («хозяин небес»). У него, как и у Бела, был храм в Дура-Европос, где он упоминается в вотивной надписи 32 года н. э. В Пальмире найдено несколько алтарей, посвященных Шамашу (Самас, «солнце»). Это солнечное божество иногда изображается с одной стороны от Бела, а лунное божество – с другой. Бога луны звали Аглибол («теленок Бола»). В некоторых случаях он изображался с полумесяцем на плечах. Ярхибол, судя по первой части его имени, тоже должен быть богом луны; однако он занимался пророчествами и соответствовал Аполлону. Малакбел («ангел Бела») был богом-посланцем, аналогичным Гермесу. Обнаружен любопытный алтарь, посвященный безымянному богу, доброму и сострадательному.

Среди надписей есть несколько религиозных посвящений Арсу и Азизу, имена которых указывают на аравийское происхождение. Их называют «добрыми и воздающими богами». Азизу также поклонялись в Эдессе и Авране, стране Гассанидов. Аллат, чье имя входило в имя последнего пальмирского царя, была главной аравийской богиней. Ей также поклонялись в землях Гассанидов. Также в пантеон Пальмиры входила богиня Атарате (Атаргатис, арамейская богиня, главный центр культа которой находился в Иераполе). Некий набатей воздвиг в Пальмире алтарь в 132 году, посвященный набатейскому божеству Шай-аль-Кауму («тот, кто сопровождает, защищает народ»), очевидно, особый покровитель караванов. Он также именуется «тем, кто не пьет вина».

Примерно в то же время, когда Пальмирское государство прекратило существование, южноаравийское племя, как гласит предание, прокладывало себе путь в Авран. Это были Бану Гассан («сыны Гассана»), чей уход из Йемена объясняли прорывом марибской плотины. В Авране они столкнулись с переселенцами из Аравии, которые прибыли туда раньше, даджаимами из племени Салих, и сменили их в качестве хозяев этой земли при верховной власти римлян. В течение IV века Гассаниды обратились в христианство. Основателем их династии был некий Джафна ибн Амр Музайкия, годы жизни которого неизвестны. На самом деле вся история династии Джафнидов неясна. В арабских хрониках число правителей колеблется от одиннадцати до тридцати двух; в византийских летописях главное внимание уделяется их связям с Константинополем. Достаточно хорошо известны только пять последних, правление которых охватывает век, предшествующий рождению ислама.