На закате ашельской эпохи и на протяжении мустьерской происходят значительные изменения в строении человеческого тела. Древний обезьяночеловек, или питекантроп, и его преемники, Homo habilis, или Homo faber, постепенно развились в людей с узнаваемыми чертами современного человека. Эти неандертальцы, получившие прозвание по долине Неандерталь близ Дюссельдорфа, где был найден самый знаменитый их экземпляр, обладали низким ростом, всего 5 футов, были коренастыми, неуклюже ходили и бегали враскачку. У них были кривые ноги, низкая посадка плеч и согбенная спина. Их выдающиеся вперед челюсти, убегающий назад лоб и глубоко посаженные глаза с низко нависшим надбровным костным валиком создавали внешность малопривлекательную. Голова сидела на короткой толстой шее, практически составлявшей единое целое с затылком.
Советский археолог Г.А. Бонч-Осмоловский изучал строение кисти руки неандертальского человека из Киик-Коба (Крым) и обнаружил, что она очень мощная, грубая и неуклюжая, с пальцами широкими и похожими на обрубки. Сильно развитые мускулы придавали ей мощь необычайную. Однако она лишена гибкости и подвижности, свойственных руке современного человека. Особенно интересной для изучения неандертальского человека из Центральной Азии оказалась находка захоронения 8—9-летнего мальчика, найденного в 1938 году, сделанная А.П. Окладниковым в пещере Тешик-Таш (Южный Узбекистан). По черепу этого ребенка скульптор М.М. Герасимов произвел свою знаменитую реконструкцию. Отец Тейар де Шарден в свое время разделил неандертальских людей на две основные группы: «дикари» и «продвинутые». К «дикарям», проживавшим на Яве, в Родезии и в других местах, он отнес обладателей более плоских черепов, с более убегающими лбами, резче выступающими челюстями и, вообще, более обезьяноподобным обликом. «Продвинутые» неандертальцы, которые жили на территории Палестины, Западной Азии и Германии, были более «цивилизованными». Они обладали выступающими скулами, относительно высоким лбом, хорошо выраженным подбородком и менее выступающими челюстями.
Мустьерский человек в Армении значительно улучшил технику изготовления обсидиановых орудий по сравнению со своими ашельскими предшественниками. Неандертальцы, кроме ручных топоров и других традиционных орудий, делали скребла, диски с отверстиями, пластинчатые орудия, ножи, наконечники для копий и маленькие острия, похожие на наконечники стрел. Они заостряли края оружия и инструментов тонкой «доводкой» и скрупулезным скалыванием. По-видимому, они не работали с костью, хотя использовали большие твердые кости бизонов в качестве наковален и подставок для рубки. Некоторые из этих неандертальцев были каннибалами. Они были организованы в свободные племена, или кланы, часто хоронили мертвых согласно неким ритуалам и раскрашивали себя двуокисью марганца и красной охрой при проведении магических обрядов и церемоний.