Все это время среди собирателей древностей кипела работа. Землепашцы по всей Европе то и дело натыкались в полях на кремниевые орудия, несомненно имевшие огромный возраст. Уже в 1800 году английский антиквар Джон Фрир отмечал, что куски кремния со сколами, находимые в глубоких каменоломнях, принадлежали «весьма далекой эпохе, существовавшей до образования современного мира». Иными словами, это были инструменты, созданные разумными существами еще до Всемирного потопа. Еще через 30 лет по ту сторону Ла-Манша, в Северной Франции, офицер таможни Жак Буше де Перт также пришел к выводу, что каменные орудия, в обилии встречающиеся в долине Соммы, являются артефактами древних времен. В течение многих лет его идеи пропускали мимо ушей, пока в 1859 году (в год выхода «Происхождения видов») их не подтвердила делегация именитых британских геологов. Визит специалистов к месту находок организовал Хью Фальконер — тот самый, который позже покажет Дарвину гибралтарский череп.
Начиная с середины XIX века, европейские ученые прилагали множество усилий, чтобы определить, насколько долго человек разумный проживает в их части света. Уже в 1852 году во время раскопок скального грота в Ориньяке у подножия французских Пиренеев были обнаружены скелеты
Как и горные породы, археологические отложения накапливаются в местах проживания людей слоями, при этом самые старые из них оказываются внизу. Если какое-то время пещера была необитаема, то в ней формировался пустой слой из пыли и обломков скал. Такие слои чередовались с отложениями, содержащими артефакты и обломки костей животных, оставленных здесь древними жильцами. Исследование таких «жилых» слоев показывало, что характер каменных орудий и виды животных со временем менялись. Именно на основании этих изменений и составлялась культурная хронология каждой местности или региона.
К 1872 году французский археолог Габриэль де Мортилье выделил несколько культур, отнесенных им к эпохе палеолита, или «древнего каменного века». Каждая из культур была названа по месту ее обнаружения и характеризовалась определенным типом каменных орудий. По мере того как де Мортилье получал все больше и больше информации, структура культур становилась все сложнее и в ней выделялись новые периоды.
Старейшей в предложенной им последовательности была ашельская культура, названная по имени местечка Сент-Ашель, где когда-то работал де Перт. Типичными произведениями ашельской культуры были крупные каменные орудия в форме слезы, так называемые ручные топоры, создававшиеся путем откалывания мелких отщепов от каменного основания. Выше находился слой мустьерской культуры, для которой были характерны небольшие треугольные ручные топоры, скребки и каменные стрелы, обычно делавшиеся из отщепов. Следующей шла ориньякская культура, существенно отличавшаяся от культуры мустье. Помимо камня, мастера времен Ориньяка активно использовали для создания орудий рог и кость. Типичным орудием ориньякской культуры является узкий костяной наконечник с раздвоенным основанием. Каменные орудия этой эпохи представляют собой удлиненные кремниевые лезвия, которые высекались из цилиндрической заготовки. После Ориньяка располагалась культура гравет, известная своими прямосторонними резцами с узкими треугольными остриями, а за ней — солютрейская культура, узнаваемая благодаря своим тонко выделанным длинным кремниевыми лезвиями в форме лавровых листьев. Почти на самой вершине иерархии находилась малленская культура с ее великолепным разнообразием артефактов, включая крошечные микролиты, которые вставлялись в рукояти других орудий. Мадленская культура исчезла с приходом в Европу последнего ледника, ее сменили культуры эпипалеолита и мезолита, через какое-то время уступившие место неолитическим культурам первых европейских земледельцев.