Qualunque sia stato il processo evolutivo dell'homo erectus è unanime parere che da questo si sia evoluto in Africa ed in Europa, circa 0,5-0,6Mya, dando origine all'Homo sapiens. Caratteristica di quest'ultimo è una capacità cranica nettamente superiore pur mantenendo un'arcata sovraorbitaria massiccia e altre caratteristiche che richiamano all'homo erectus. Questa prima linea evolutiva viene classificata come Homo sapiens arcaico.
L'Homo sapiens arcaico appare in molti aspetti simile al suo predecessore, homo erectus, ed è ancora incapace di stabilirsi in zone a clima veramente freddo. Le sue capacità di costruzione di utensili litici non sono molto migliorate, ne la sua propensione alla caccia.
Una popolazione fra le più note appartenenti alla famiglia dell'h.sapiens arcaico, è quella dei Neandertaliani. Probabilmente raggiunsero l'Asia, partendo dall'Europa, circa 130 Kya , e si svilupparono sul posto. La loro morfologia si mantenne inalterata per 50 kya in Asia e per 35 kya in Europa. In questo momento si assiste ad una grossa evoluzione somatica, accompagnata da un ulteriore irrobustimento scheletrico, testimonianza delle grandi doti di forza e resistenza di questo individuo.
Gambe ed avambracci erano relativamente accorciati, forse anche come conseguente adattamento al clima freddo. Furono i primi esseri a prendersi cura degli individui invalidi all'interno del loro gruppo, ed anche i primi a seppellire intenzionalmente i defunti, pur tuttavia senza manifestare aspetti religiosi. La cultura litica da essi sviluppata si inserisce nella Tradizione Industriale Musteriana ed è caratterizzata da strumenti più specializzati. I neandertaliani, probabilmente, mantennero una bassa densità di popolazione e non furono in grado di colonizzare le regioni più fredde dell'Eurasia.