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10만~3만 5,000년 전쯤인 플라이스토세에 유럽 대부분과 지중해 연안지역에 퍼져 살았다. 중동·북아프리카·아시아에서도 화석이 발견되었다. 1856년 독일 뒤셀도르프에서 그리 멀지 않은 네안더 계곡의 한 동굴에서 이 인류에 속하는 화석이 처음 발견되어 '네안데르탈인'이라고 불리게 되었다. 당시 이 화석이 고대 인간의 화석인지 아니면 단순히 질병으로 변형된 현대인의 뼈에 지나지 않는지에 대해 격렬한 논쟁이 일기도 했다.

네안데르탈인의 기원은 뚜렷하게 밝혀지지 않고 있다. 10~15만 년 전에 살았던 원인의 후손으로 볼 수도 있다. 프랑스에서 발견된 두개골은 연대로 보아서는 이무렵에 속하지만 네안데르탈인보다 앞선 시기에 존재한 호모 에렉투스(Homo erectus)보다는 오히려 현대의 호모 사피엔스에 더 가까운 특징을 가지고 있다. 그러나 대체로 네안데르탈인은 마지막 간빙기(RissWürm：7만 5,000~11만 5,000년 전)에 유럽에서 살았던 것으로 보인다. 네안데르탈인의 것으로 여겨지는 턱뼈와 이빨, 두개골 부분 등이 독일·프랑스·벨기에·이탈리아를 비롯한 여러 나라에서 나왔다.

1만~7만 년 전에 있었던 유럽의 마지막 빙기인 뷔름기는 완전한 모양을 갖춘 네안데르탈인 골격이 가장 많이 발견되는 시기이기도 하다. 이런 화석을 통해 네안데르탈인의 생김새나 습성에 대해 어느 정도 알 수 있게 되었다. 이들은 작은 키에 비만하고 단단한 체격을 갖고 있었다. 두개골 부분은 길고 낮았으며 뒷부분이 넓고 납작했다. 눈두덩이 상당히 발달되어 융기해 있고 이빨은 크고 턱뼈는 작았다. 가슴이 넓었으며 대퇴골과 전박 골격은 조금 휘어 있었다. 손발이 크고 팔다리가 두터운 편이었던 네안데르탈인은 현대인처럼 두 다리로 걸었다.

네안데르탈인은 가끔 야외에 살 곳을 마련하기도 했지만 주로 동굴에서 살았다. 동굴 입구는 돌로 막아서 좁게 만든 경우가 많았으며, 바위로 만든 거주지도 이런 식으로 고친 흔적이 보인다. 불을 사용했으며, 염소, 작은 사슴 등과 같은 작거나 중간 크기의 동물을 사냥했고 큰 육식동물의 주검에서 먹이를 얻기도 했다. 다양한 형태의 석기와 나무창을 만들어 썼다. 네안데르탈인은 사람이 죽으면 각각 또는 집단적으로 땅에 묻었다. 식인풍습이 짐작되는 증거가 다소 발견되었다. 때때로 사람의 뼈와 함께 동물뼈도 발견되는데 이들 동물을 의례적으로 다룬 흔적으로 보아 원시적인 형태로나마 이들에게 종교가 있었던 것을 짐작할 수 있다.

네안데르탈인이 분류학상 어디에 속하는지는 아직도 논란이 되고 있다. 처음에는 별개의 한 종(種)으로 분류(Homo neanderthalensis)했으나 나중에는 호모 사피엔스의 아종인 호모 사피엔스 네안데르탈렌시스(Homo sapiens neanderthalensis)로 여겨지게 되었다. 그러나 일부 학자들은 처음 분류가 사실에 더 가깝다고 여기고 있다. 인류의 진화에서 네안데르탈인이 차지하는 위치 또한 뚜렷하게 밝혀지지 않았다. 아마도 그들이 흩어져 살고 있던 곳들 가운데 어떤 곳에서는 현생인류로 흡수되었고, 또 어떤 곳에서는 그냥 절멸한 것으로 보인다.