Им принадлежит честь открытия дюктайской археологической культуры и других, существовавших в Древней Якутии. Люди дюктайской культуры существовали примерно 35–10,5 тыс. лет назад. Культура получила свое название от Дюктайской пещеры на реке Алдан на территории Усть-Майского улуса.
Основными работами Ю.А. Мочанова являются: «Многослойная стоянка Белькачи I и периодизация каменного века Якутии» (Москва, 1969 г.); «Древнейшие этапы заселения человеком Северо-Восточной Азии» (Новосибирск, 1977 г.); «Древнейший палеолит Диринга и проблема внетропической прародины человечества» (Новосибирск, 1992 г.).
В 2007 г. издана монография «Дюктайская бифасиальная традиция палеолита Северной Азии». В 2010 г. издан двухтомник «50 лет в каменном веке Сибири», где академик подводит итог своим археологическим исследованиям в азиатской части России.
В книге он отводит место освещению своего главного открытия Диринг-Юряхской стоянки древнейшего палеолита, которая, по его мнению, подтверждает теорию внетропической прародины человечества. Возглавляемая ими Приленская археологическая экспедиция Якутского филиала АН СССР провела раскопки на стоянке Диринг-Юрях более 40 тыс. кв. м.
Геолого-геоморфологическое изучение района палеолитической стоянки проведено комплексным методом и установлено, что стоянка Диринг-Юрях залегает в речных отложениях самой древней террасы Лены, возраст которой более 2,5 млн лет. Совпадение датировок древнейшего палеолита Диринга, полученных разными методами (археологическим, геолого-геоморфологическим, палеомагнитным и другими), не может быть случайным. Если этот возраст верен, то Диринг на сегодняшний день является наиболее древним палеолитическим памятником в Евразии и одним из древнейших в мире. Судя по мерзлотным проявлениям, древнейшие обитатели Диринга, в отличие от их африканских современников, живших в благодатных тропиках, должны были жить в экстремальных условиях вечной мерзлоты при среднегодовых температурах минус 12–14 градусов по Цельсию. Сейчас в Центральной Якутии среднегодовая температура на несколько градусов выше (минус 10,2 градуса).
Археологические материалы Диринга, представленные архаичной галечной культурой, показывают простейшую форму техники преобразования камня в орудия труда. На Диринге в культурном слое открыты участки, где производились дробление валунов (этот технический прием является самой изначальной обработкой камня) и последующая их обивка для получения орудий.