В первой половине XX в мексиканскими археологами был обнаружен город Син Кабесас, что в переводе означает «Безголовые». Такое название дали найденному городу сами ученые из-за многочисленных обезглавленных статуй, расположенных в этом древнем поселении. Впрочем, некоторые каменные исполины сохранились до наших дней совершенно целыми. Кроме голов и статуй, ольмекская скульптура представлена в каменных алтарях и резных стелах, а также в небольших нефритовых и глиняных (реже — гранитных) фигурках, изображающих людей и животных.
Различные экспедиции, которые снаряжались на поиски и исследование артефактов в первой половине XX в, приводили к множеству новых открытий, однако некоторые свидетельства существования ольмекской культуры сначала ошибочно были приписаны культуре майя из-за схожести ликов.
Археологам приходилось добираться до остатков древних поселений и каменных скульптур по непроходимым джунглям, тропическим рекам и болотам, подниматься в горы: следы древней цивилизации оказались к тому времени уже достаточно сильно отрезаны от современных поселений и дорог. Это усложняло исследования, но постепенно на основе новых сведений ученым открывалась все более ясная картина существования ольмекской цивилизации. Стилизованные маски и человеческие фигуры, вытесанные на стелах и каменных ящиках, по мнению исследователей, являются изображениями богов, которых почитали ольмеки. А в найденной в Ла-Венте роскошной гробнице погребен, предположительно, правитель ольмеков, живший за 9—10 столетий до появления в этих местах ацтеков. В саркофагах и гробницах археологи находили украшения и статуэтки, необычные инструменты.
Пирамиды ольмеков, вероятно, служили храмовыми комплексами. Они были устроены не по «обычной» пирамидальной форме, а с круглым основанием, от которого «отходило» несколько округлых «лепестков». Такую форму ученые объясняют сходством с вулканическими холмами, сохранившимися после извержений: ольмеки полагали, что в вулканах живут боги огня, и храмовые комплексы в честь тех же богов сооружали по подобию потухших вулканов. Сами пирамиды были устроены из глины и облицованы известковым раствором.
Облик ольмеков можно предположительно восстановить по многочисленным найденным изваяниям: глаза монголоидного типа, приплюснутый нос, пухлые уплощенные губы. Скульптуры имеют целенаправленно деформированные головы. Более точные сведения могли быть получены по обнаруженным в усыпальницах останкам ольмеков, однако ни одного целого скелета не сохранилось.
Согласно легендам ацтеков, ольмеки прибыли в места своего обитания на лодках, с северного берега. В месте, где сейчас расположен город Панутла, они оставили лодки и пошли по указанию богов до местности Тамоанчан (в переводе с языка майя — «страна дождя и тумана»), где и основали свою цивилизацию. В других индейских легендах нет объяснений появлению ольмекской цивилизации: говорится только, что ольмеки обитали в тех местах с древних времен.
По мнению норвежского исследователя Тура Хейердала, ольмекская цивилизация могла быть привнесена в Центральную Америку из Средиземноморья и Древнего Египта. На это указывают не только индейские легенды, но и сходство ольмекских сооружений, письменности, искусства мумификации с аналогичными свидетельствами культур Старого Света. Такое предположение объясняло бы тот факт, что при археологических исследованиях не было найдено признаков эволюции ольмекской цивилизации: она будто возникла в уже процветающем виде и так же внезапно оборвала свое существование. Однако это тоже всего лишь предположение. Многие ученые по-прежнему уверены, что цивилизации в разных частях Земли могли развиваться по аналогичной схеме, находясь в абсолютной изоляции друг от друга.
Возникновение ольмекской культуры относят примерно ко второму тысячелетию до н. э. Согласно более поздним археологическим исследованиям, она могла быть развита из раннеземледельческих культур Центральной Америки, которые постепенно эволюционировали из кочевых культур в результате изменения природных условий. Древнейшие кочевые племена Южной и Центральной Америки, по мнению ученых, пришли из Азии в то время, когда между этими континентами еще существовала сухопутная связь. По мнению палеоантропологов, на территорию Центральной Америки во время последнего ледникового периода могли попасть и представители негроидной расы. Это некоторым образом объясняет черты лица, отраженные в гигантских ольмекских головах. Другие исследователи полагают, что на мезо-американскую территорию могли попасть водным путем древние австралийцы и европейцы. Возможно, ольмекская цивилизация появилась и вовсе в результате смешения выходцев из различных континентов.