У мустьєрську (неандертальську) епоху найбільш ефектною технологією обробки каменю та виготовлення знарядь праці, була т. з. техніка левалуа, яка передбачала стандартизовану попередню обробку нуклеусів для отримання одного зколу певної форми. Це або так звані черепахоподібні нуклеуси або нуклеуси для трикутних левалуазьських вістер.
У варіанті мустьє типового, значна частина знарядь виготовлялася за допомогою ретуші на відщепах зколотих з дископодібних нуклеусів. Їх існувало понад 60 типів: гостроконечники, скребла, зубчасті знаряддя для обробки дерева. З’явилися перші вироби, властиві пізньому палеоліту (подовжені пластини, проколки, скребки з опуклим лезом). Ознаками виробничої спеціалізації є досліджені археологами стоянки-майстерні, довгочасні поселення та ін.
Період середнього палеоліту (мустьє) датується 150-40/35 тис. років тому. Ще в середині ашельської пори в кліматі Європи сталися значні зміни — почалося похолодання. В науці його пов’язують з періодичними зледеніннями (гляціалами), що утворювалися в північних широтах: гюнцським, міндельським, рісським і вюрмським. Між ними були так звані інтергляціали — періоди, коли клімат зазнавав деякого пом’якшення. Льодовиковий період тривав до кінця палеолітичної епохи.
Мустьєрська пора припадає на кінець рісського зледеніння і ріс-вюрмського інтергляціалу. Рісське (його ще називають дніпровським) зледеніння було найбільшим. Вважають, що льодовик у цей час спускався з півночі Європи далеко на південь і досягав широти сучасного м. Дніпро. Рівень світового океану на кілька десятків метрів був нижчий ніж тепер, і материки з’єднувалися між собою. На території Європи, аж до південних її районів, поряд з мамонтом і шерстистим носорогом водилися такі види арктичної фауни, як північний олень, песець та інші.
За мустьєрського часу жили неандертальці — представники людини нового фізичного типу — кремезні, невисокого зросту (близько 160 см), з об’ємом мозку близько 1400 см3. Вони мали дуже похилий лоб з великим надорбітальним валиком, нижню щелепу без підборідного виступу, лицева частина черепа значно виступала вперед.
У мустьєрську пору триває розвиток техніки обробки кременю та виготовлення знарядь праці. Поряд з ручними рубилами, що в цей час дещо зменшуються в розмірі (так звані біфаси), з’являються також гостроконечники і скребла. Гостроконечники були вістрями до списів, скребла використовувались як ножі. Якщо раніше крем’яні вироби (рубила) виготовлялися з природного уламка кременю, то тепер для формування гостроконечників і скребел спочатку робилася спеціальна заготовка у вигляді відщепа або пластини. Ці заготовки сколювались із спеціально підготовлених ядриш — нуклеусів. Найбільш поширеною формою мустьєрського нуклеуса був дископодібний, з якого сколювали широкі з великою ударною площадкою і відбивним бугорком відщепи. Пластини сколювали і з нуклеусів іншої форми: черепахоподібних, клиноподібних, торцевих тощо.
Наявність на відщепах і пластинах ударної площадки і відбивного бугорка, хвильовидність зламу — характерні ознаки штучного їх сколювання. Щоб перетворити відщеп або пластину в гостроконечник, скребло чи якесь інше знаряддя, поверхню заготовки ретушували, тобто сколювали з неї у потрібних місцях ударами відбійника чи натисками ретушера дрібні лусочки доти, доки не виникало готове знаряддя. Основним заняттям людей мустьєрської пори було полювання на великих тварин — мамонтів, носорогів, бізонів, північних оленів тощо. В культурному шарі Старосільської стоянки в Криму серед решток тварин, на яких полювали її мешканці, переважають кістки дикого осла.
Холодний клімат кінця ашельської і мустьєрської пори змушував людей широко користуватися вогнем, який неандертальці уміли штучно добувати. В печері Крапіна в Хорватії біля вогнища пізнього ашелю-мустьє виявлено веретеноподібні палички з обпаленими кінцями. Вважають, що за допомогою цих знарядь тертям чи свердлінням тут добували вогонь. Оволодіння способами штучного добування вогню було дуже важливим кроком у розвитку культури людства.
У мустьєрську холодну пору починається інтенсивне заселення печер. Людині, очевидно, довелося витримати у зв’язку з цим нелегку боротьбу з попередніми мешканцями — печерними хижаками (гієною, ведмедем). Там, де не було придатних для життя печер, виникають штучні житла. Рештки одного з них досліджено О. П. Чернишем на стоянці Молодове І на середньому Дністрі. Воно мало округлу форму, було обкладене навколо кістками мамонтів, мабуть, перекривалось шкурами диких тварин.
Мустьєрських стоянок і місцезнаходжень на території України виявлено і досліджено значно більше, ніж ашельських. На підставі вивчення знахідок з мустьєрських стоянок (крем’яних знарядь праці) вчені вважають, що розселення на території сучасної України йшло з півдня і південного заходу в обхід Чорного моря — через Кавказ та Центральну Європу.
Про соціальну організацію суспільства раннього палеоліту відомо небагато. Основною соціальною одиницею тоді була дородова община з невпорядкованими шлюбними відносинами всередині самої общини (ендогамний шлюб). Община ґрунтувалася на кровно-родинних зв’язках, вона ж виступала і як єдиний господарський колектив, наприклад, при облавному полюванні.
Можна говорити про високу згуртованість колективів і взаємодопомогу, що існувала всередині цих колективів. У печері Шанідар (Ірак), наприклад, знайдено поховання дорослого чоловіка, в якого ще за життя була ампутована права рука вище ліктя, а на лицевій частині черепа виявлено сліди від важких ран, що зажили ще за життя. Ця людина, хоч і не була вже придатна до фізичної праці, проте жила в колективі довгий час.
В мустьєрську епоху з’являються перші поховання. Рештки кількох поховань неандертальської людини виявлені в Криму, у тому числі в печері Кіїк-Коба, та під навісом скелі Ак-Кая поблизу м. Білогорська. Покійників клали у скорченому стані, обкладали кістками тварин, що вказує на виникнення якихось початкових форм первісної релігії і вірувань. Деякі дослідники вважають, що вже за мустьєрської епохи могли складатись і ранні форми образотворчого мистецтва.
