Perioada Paleoliticului Mijlociu (aproximativ 200.000 - 45.000 de ani în urmă) este atunci când oamenii arhaici includ Neanderthalensis Homo sapiens a apărut și a înflorit în toată lumea. Handaxes a continuat să folosească, dar a fost creat un nou tip de set de scule din piatră, numit Mousterian, care a inclus miezuri pregătite în mod corespunzător și instrumente de fulg specializate.
Metoda vie în paleoliticul de mijloc pentru ambele Homo sapiens și verișorii noștri neandertali au inclus epurare, dar există și dovezi clare ale activităților de vânătoare și adunare. Înmormântările umane deliberate, cu dovezi oarecum controversate ale comportamentului ritual, se găsesc la o mână de site-uri precum La Ferrassie și Peștera Shanidar.
În urmă cu 55.000 de ani, oamenii arhaici aveau tendința către vârstnicii lor, așa cum se dovedește pe site-uri precum La Chapelle aux Saintes. Unele dovezi pentru canibalism se găsesc și în locuri precum Krapina și Peștera Blombos.
Paleoliticul de mijloc se încheie cu dispariția treptată a neanderthalului și ascendența din Homo sapiens sapiens, acum 40.000 - 45.000 de ani. Nu s-a întâmplat însă peste noapte. Începuturile comportamentelor umane moderne sunt prezentate în Industriile Howiesons Poort / Stillbay din sudul Africii, începând poate în urmă cu 77.000 de ani și părăsind Africa de-a lungul unei rute dispersale sudice..
Multe site-uri par să sugereze că datele pentru modificarea Paleoliticului superior sunt scăpate. Aterianul, o industrie de unelte din piatră, care se credea că a fost datată paleoliticului superior, este acum recunoscută ca epoca de piatră mijlocie, datând poate încă de acum 90.000 de ani. Un sit Aterian - care prezintă un comportament timpuriu al paleoliticului superior, dar datat mult mai devreme - se află la Grotte des Pigeons din Maroc, unde au fost descoperite mărgele de coajă vechi de 82.000 de ani. Un alt site problematic este Pinnacle Point Africa de Sud, unde utilizarea ocru roșu a fost documentată la cca. Acum 165.000 de ani. Numai timpul ne va spune dacă aceste date rămân exacte prin calcul științific.
Neanderthal a atârnat și el. Cel mai recent sit cunoscut al Neanderthalului, de la cca. Acum 25.000 de ani, se află Peștera lui Gorham din Gibraltar. În sfârșit, dezbaterea încă nu este de făcut cu privire la indivizii Flores, care datează din paleoliticul mijlociu, dar care se extinde bine în partea de sus, care poate reprezenta specia separată de hominină Homo floresiensis.