มนุษย์นีแอนเดอร์ธาลส่วนมากมีชีวิตอยู่ในช่วงเวลาธารน้ำแข็งวืร์ม ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่ธารน้ำแข็ง ในทวีปยุโรป แผ่ขยายออกไปอย่างกว้างขวางเป็นครั้งสุดท้ายในสมัยไพลสโตซีน การที่มนุษย์นีแอนเดอร์ธาลสามารถอาศัยอยู่ในสิ่งแวดล้อม ที่มีสภาพอากาศหนาวเย็นได้นานหลายชั่วอายุคน ก็แสดงว่า มีความสามารถในการปรับตัวได้ดี

            มนุษย์นีแอนเดอร์ธาลมีหลายกลุ่ม มีขนาดความจุสมองเฉลี่ย ๑,๔๖๕ ลูกบาศก์เซนติเมตร มีใบหน้าค่อนข้างยาวและยื่น บริเวณจมูกใหญ่ แสดงถึงการปรับตัวให้เข้ากับสภาพภูมิอากาศหนาวเย็น ฟันหน้าค่อนข้างใหญ่ กะโหลกค่อนข้างกลม น่าสังเกตด้วยว่า มนุษย์นีแอนเดอร์ธาลในแต่ละแห่งมีลักษณะแตกต่างกันบ้าง ซึ่งแสดงถึงการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อม ของแต่ละท้องถิ่น โดยทั่วไปมนุษย์นีแอนเดอร์ธาลมีรูปร่างค่อนข้างอ้วนเตี้ย และลำตัวหนากว่ามนุษย์ปัจจุบัน ร่างกายแข็งแรงมาก และมีความแตกต่างทางกายภาพ ระหว่างเพศหญิงกับเพศชายค่อนข้างเด่นชัด กล่าวคือ เพศชายมีร่างกายใหญ่โตกว่าเพศหญิง

            มนุษย์นีแอนเดอร์ธาลมีพฤติกรรมเชิงวัฒนธรรมเป็นนักล่าสัตว์ โดยล่าทั้งสัตว์ขนาดเล็กและขนาดใหญ่ เช่น กวางเรนเดียร์ ช้างแมมมอท หมี แรด ซึ่งอาจเป็นการล่าตลอดทั้งปี หรือตามล่าฝูงสัตว์ไปเป็นฤดูกาล นอกจากนี้ มนุษย์นีแอนเดอร์ธาลยังมีความก้าวหน้าด้านวัฒนธรรมมากกว่าสายพันธุ์อื่นๆ ในกลุ่มโฮโมรุ่นหลัง เช่น พัฒนาเครื่องมือหิน แบบที่เรียกว่า มูสเตอเรียน (Mousterian) ที่มีความประณีต ก้าวหน้ากว่าเครื่องมือหินของโฮโมอีเรกตัส เครื่องมือหินแบบมูสเตอเรียน ทำจากก้อนหินที่กะเทาะออกเป็นแผ่นบาง แล้วตกแต่งให้คม จากลักษณะของเครื่องมือ สันนิษฐานว่า โฮโมเซเปียนส์ ในรุ่นบุกเบิกมีทักษะและความรู้สูงในการทำเครื่องมือ โดยมีความแม่นยำในการกะเทาะหิน และสามารถกำหนดรูปทรงของเครื่องมือไว้ล่วงหน้าในสมอง ก่อนจะลงมือทำ ซึ่งแตกต่างจากการทำเครื่องมือ ที่เริ่มจากการกะเทาะไปเรื่อยๆ จนกว่าจะได้เครื่องมือ ที่ต้องการ นอกจากเครื่องมือหินแล้ว มนุษย์นีแอนเดอร์ธาลยังรู้จักประดิษฐ์เครื่องมือล่าสัตว์ที่ทำจากไม้ เช่น ไม้ปลายแหลมที่ใช้สำหรับขว้างหรือปาใส่สัตว์ ในแง่พฤติกรรมเชิงสัญลักษณ์ของมนุษย์นีแอนเดอร์ธาล จากการศึกษาพบว่า มีการฝังศพ และมีความเชื่อ ในเรื่องอำนาจเหนือธรรมชาติ พิธีฝังศพทำโดยจัดวางศพอย่างเป็นระเบียบ และใส่สิ่งของ เช่น เครื่องมือหิน อาหาร ดอกไม้ ลงไปในหลุมศพด้วย ปรากฏว่า ในหลุมศพที่พบที่ถ้ำชานิดาร์ (Shanidar Cave) ในประเทศอิรัก นักวิชาการได้ค้นพบละอองเกสรเป็นจำนวนมากในหลุมศพ แสดงว่า มีการวางดอกไม้ลงไปในหลุมศพ เพื่อแสดงความหมายเชิงสัญลักษณ์บางอย่าง นอกจากนี้มนุษย์นีแอนเดอร์ธาลยังนำเขี้ยวสัตว์ เช่น เขี้ยวเสือ เขี้ยวหมูป่า มาเซาะเป็นร่อง หรือเจาะเป็นรูสำหรับร้อยเชือก ซึ่งอาจใช้สำหรับห้อยคอ และฝังร่วมกับศพก็ได้

            ซากกระดูกของมนุษย์นีแอนเดอร์ธาลส่วนมากเป็นกระดูกของผู้ใหญ่ที่มีร่องรอยการรักษาเยียวยา ดังที่นักวิจัยชาวฝรั่งเศส ค้นพบกะโหลกของมนุษย์นีแอนเดอร์ธาล และได้ตรวจสอบด้วยระบบคอมพิวเตอร์ พบว่า มีรอยแตกจากการถูกฟันด้วยอาวุธมีคม แต่อาการบาดเจ็บได้รับการรักษาเยียวยาจนหายดีแล้ว นอกจากนี้จากการศึกษากระดูกขากรรไกรล่างของมนุษย์นีแอนเดอร์ธาลอายุ ๑๗๕,๐๐๐ - ๒๐๐,๐๐๐ ปี พบที่เพิงผาในประเทศฝรั่งเศส พบว่า ขากรรไกรล่างไม่มีฟันเหลืออยู่เลย และร่องรอยบ่งชี้ว่า เจ้าของขากรรไกรนี้ คงมีปัญหาฟันผุจนหมดปาก โดยที่ระหว่างมีชีวิตอยู่ คงไม่สามารถเคี้ยวอาหารได้แน่นอน แต่ก็มีอายุยืนยาวมาได้จนถึงอายุประมาณ ๔๐ - ๕๐ ปี แสดงว่า มนุษย์นีแอนเดอร์ธาลรู้จักช่วยกันรักษาโรคภัยไข้เจ็บ และช่วยเหลือซึ่งกันและกัน ซึ่งสะท้อนให้เห็นการให้คุณค่าทางสังคม และระบบสังคมที่รู้จักการแบ่งปันอาหารให้แก่กัน

            ต่อมา ในช่วงเวลาประมาณ ๔๐,๐๐๐ ปีที่แล้วมา มีมนุษย์กลุ่มใหม่เกิดขึ้นในยุโรปเรียกว่า มนุษย์โครมันยอง (Cro-Magnon) ตามชื่อถ้ำโครมันยองที่อยู่ในประเทศฝรั่งเศสใกล้เมืองดอร์ดอญ (Dordogne) ซึ่งพบโครงกระดูกของมนุษยกลุ่มนี้ มนุษย์โครมันยองมีความสามารถ ในด้านการปรับตัวทางวัฒนธรรมมากกว่า โดยรู้จักการใช้เครื่องมือที่ทำจากหินและกระดูก ดังนั้น นักวิชาการบางคนจึงเชื่อว่า มนุษย์โครมันยองทำให้มนุษย์นีแอนเดอร์ธาลสูญพันธุ์ไปในที่สุด เมื่อประมาณ ๒๕,๐๐๐ ปีมาแล้ว