Начиная с 1965 года здесь ежегодно велись раскопки под руководством французского археолога Поля Бернара. В них принимали участие и советские ученые. Судя по масштабам, Ай-Ханум, или Александрия Оксиана, являлся вторым после Бактр (Балха) крупнейшим городом Греко-Бактрии. Это был и наиболее типичный пример крупного греко-бактрийского города. Для его строительства было выбрано очень удачное место: он располагался в месте впадения реки Кокча в Пяндж, на высоком естественном холме с крутыми обрывистыми склонами. Вершину холма занимала цитадель – акрополь, внизу, вдоль берега реки, расположились кварталы Нижнего города, застроенного жилыми и общественными сооружениями. Через весь Нижний город пролегала прямая и широкая главная улица длиной более 1700 м, а между нею и берегом Пянджа располагались комплекс дворцовых построек и «герайон» – мавзолей основателя города. Вся территория поселения была обнесена мощной стеной с башнями, сложенной из сырцовых кирпичей.
Несмотря на широкое применение в постройках Ай-Ханума кирпича-сырца, несмотря на многочисленные архитектурные аналогии персидским и местным бактрийским сооружениям, перед археологами предстал все же именно греческий город. Греческим здесь было едва ли не все: театр, рассчитанный до 6 тысяч зрителей, огромный гимнасий, в состав которого входили помещения для спортивных упражнений и для школьных занятий. Здесь же находился бассейн. На территории гимнасия была найдена греческая надпись с посвящением греческим божествам Гермесу и Гераклу, которые в Элладе являлись покровителями гимнасиев. И вообще все надписи, обнаруженные в Ай-Хануме, по своему написанию, языку и стилю чисто греческие. Почти целиком греческой является и найденная среди руин города керамика. По греческому образцу дома, построенные в основном из сырцового кирпича, были покрыты черепичными крышами. Планы зданий, технические приемы носят типично греческий характер. Греческими являются и формы каменного архитектурного декора. Они очень близки к таким же формам, встречающимся в эту эпоху в Греции и в Анатолии. Чисто греческими были и скульптуры, найденные при раскопках. Судя по всему, в городе работали опытные скульпторы-профессионалы.
Так ученые впервые смогли познакомиться с культурой греческого города, располагавшегося на самом краю тогдашней ойкумены. Ай-Ханум является самым удаленным от Средиземноморья и самым восточным из найденных греческих поселений в Центральной Азии. Этот город был основан в раннеэллинистический период македонскими и греческими колонистами. Из раскопок Ай-Ханума ученым удалось узнать о его жизни почти все – от начального периода вплоть до его падения.
Основателем города был, по-видимому, некий Киней, похороненный в «герайоне» – мавзолее, сооруженном по греческому образцу, но поставленном на ступенчатую платформу, подобно гробнице персидского царя Кира в Пасаргадах. Надписи на греческом языке, открытые в «герайоне», повествуют о том, что ученый Клеарх из Сол специально совершил путешествие из Ай-Ханума в священный греческий центр Дельфы, чтобы скопировать в тамошнем храме известные «максимы» – афоризмы, в которых в сжатой форме даются основные правила эллинского общежития. Клеарх привез копии этих «максим» в Ай-Ханум, и здесь они были высечены на каменных плитах «герайона». Часть этих «максим» была найдена археологами. Еще более интересной находкой стал отпечаток на глине какого-то греческого текста, написанного на папирусе или пергаменте. Анализ немногочисленных уцелевших строк показал, что это отрывок философского трактата школы перипатетиков.
Почти треть территории города занимал огромный дворцовый комплекс, включавший в себя парадные, жилые и служебные помещения. В его облике чисто греческие черты сочетались с чертами, воспринятыми от Древнего Востока. Перед дворцом был устроен обширный открытый двор – перистиль (размерами 136 × 108 м), окруженный колоннадой. Парадный вход во двор обрамляли пропилеи, а с противоположной стороны располагался многоколонный дворцовый зал. Колонны всех портиков и дворцового зала выполнены в классических греческих нормах, греческими были и настенные рельефы, и техника каменной кладки – без соединительного раствора, с металлическими скобами в специальных гнездах. В то же время значительная часть стен всего комплекса была сооружена в местной технике – из сырцовых кирпичей.
К основному зданию примыкало здание сокровищницы. Судя по всему, она была разграблена захватившими город кочевниками, однако в ее руинах археологи нашли небольшое число монет и несколько финансовых документов, написанных китайской тушью на глиняных черепках.