Circa 100-150.000 anni fa appare sulla scena Homo sapiens neanderthalensis.
Poco si sa sia sull'apparizione che sulla scomparsa di questo nostro antenato, è nota invece la sua grande capacità tecnologica e la sua consapevolezza spirituale che lo portò, primo essere umano, al culto dei morti.

L'industria litica tipica a lui associata, Musteriana, è caratterizzata da una grande varietà di utensili ricavati con tecniche derivate sia da quelle acheuleane su nucleo che da quelle levalloisiane su scheggia.

Dopo oltre 40.000 anni di sopravivenza ed adeguamento al mutare dei climi, l'Uomo di Neandertal scompare quasi misteriosamente per lasciar posto ad un tipo più moderno: Homo sapiens sapiens.
Quest'ultimo impernia la produzione litica soprattutto sulla rifinitura e sul perfezionamento dell'utensile, ma si rivolge specialmente verso la lavorazione dell'osso.
All'inizio del Paleolitico superiore, fra i 35.000 e i 28.000 anni fa, coesistono due industrie accomunate dalla scheggiatura a lama, la Perigordiana e l'Aurignaziana. La seconda sviluppa anche la lavorazione dell'osso ed inoltre produce i primi esempi di scultura preistorica: le cosiddette Veneri paleolitiche.

Segue poi la cultura Gravettiana che si sviluppa tra 28.000 e 20.000 anni fa e dopo di questa, attorno ai 19.000 anni fa, quella Solutreana caratterizzata principalmente dalla produzione di lame molto sottili, ritoccate per pressione dalla forma a foglia di lauro o di salice.

Verso i 15.000 anni fa si sviluppa l'industria Maddaleniana che si distingue per la raffinata produzione di oggetti in osso e per le stupende manifestazioni di pittura rupestre.
L'industria litica riduce notevolmente la produzione degli utensili normali, ma sviluppa quella dei microliti cioè piccole punte, piccoli bulini ed vari elementi geometrici.

In Italia, parallelamente, si sviluppa la cultura Epigravettiana.

L'industria maddaleniana ha termine circa 10.000 anni orsono. Attorno a questa data termina anche l'ultima glaciazione e, convenzionalmente, viene posta anche la fine del periodo paleolitico.

Nel corso del Mesolitico (da circa 10.000 a circa 6.000 anni fa), durante il quale l'uomo incomincia ad abbandonare le grotte e costruire capanne all'aperto e a raccogliere sporadicamente i cereali spontanei, si sviluppano varie culture. Fra queste vanno ricordate l'Aziliana, caratterizzata da forte presenza di microliti geometrici e punte uncinate piatte e con la base forata e la Tardonesiana che si distingue per i microliti prevalentemente a forma trapezoidale.
I microliti geometrici venivano inseriti in fila all'estremità di un'asta di legno appuntita ed in pratica avevano la stessa funzione di un arpione.

Molti utensili litici vengono sostituiti da quelli ricavati dalla lavorazione dell'osso.

Nella Valle Padana il Mesolitico si può suddividere in due fasi: Sauveterriana (10.000-7.500 anni fa) e Castelnoviana (7.500-6.000 anni fa).

Durante il Neolitico l'uomo abbandona lo stato di nomade e comincia a stabilirsi nel territorio costruendo insediamenti stabili.
In questo periodo uno degli elementi caratteristici è la levigatura degli utensili litici ed inoltre viene introdotto l'uso della ceramica.

L'uomo impara l'arte dell'agricoltura, dell'allevamento e della tessitura. Infine scopre il modo di fondere e lavorare i metalli e di tramandare le sue conoscenze con segni convenzionali incisi su un supporto duraturo.
Con la nascita della scrittura inizia la Storia.