Орта палеолит (мустьер) кезеңінде тас өңдеу әдістері жетілдіріле бастады. Енді еңбек құралдарын дөңгелек өзек тастан (нуклеус) жасау әдісі кең тарады. Сол кездегі қарулардың 7 негізгі түрлері тілгіштер мен қырғыштар болды. Бұл кезеңде адам ағаш бұтағын бір-біріне үйкей отырып немесе шақпақ тастарды ұрып ұшқын шығарып, от алуды үйренді. Алғашқы діни сенім қалыптасты. Мустьерліктер өлген адамның аяғын бүгіп, бір қырымен жатқызып жерлеген. Өмір мен өлім туралы түсінік, өлгендерге құрметпен қарау белгілері пайда бола бастаған. Орта палеолит кезеңіндегі адамды неандертальдық деп атайды. Ежелгі адамдардың ұйымы – үлкен қауым орта палеолитте қалыптасты.
Орта палеолиттің белгілі тұрақтары мыналар: Қаратау аймағындағы Топалы шатқалынан табылған және Ақкөл көлінен оңтүстікке қарай 20 шақырым жерде орналасқан Қызылрысбек тұрақтары. Осы кезеңге жататын тұрақтар сондай-ақ Арыстанды мекенінен де табылды. Солардың ішіндегі ең күрделісі Ш.Уәлиханов атымен аталды. Үшбұлақ қойнауынан аңшылардың шағын топтарының уақытша тұрағы табылды. Орталық Қазақстаннан табылған ескерткіштердің ең көнесі – Жезқазған облысындағы Обалысай тұрағы, сондай-ақ Сарысу өзенінің орта ағысындағы Мұзбел және Есіл өзенінің жоғарғы жағындағы, яғни Қарағандының солтүстігіндегі Батпақ шатқалы, жоғары Ертіс өңіріндегі Қанай ауылы маңындағы тұрақтар. Мустьер кезеңінің жаңа ескерткіштері 1984 жылы Жезқазған облысының Ақадыр ауданынан табылды. Олар - Өгізтау І және ІІ, Үлкен Ақмая тұрақтары. Батыс Қазақстанның, әсіресе оның Маңғыстау түбегінде тұрған палеолиттік ескерткіштері айрықша қызғылықты.
Кейінгі палеолит біздің заманымызға дейінгі 40 мың жылдан 12 мың жылға дейінгі уақытты қамтиды. Бұл – адамзаттың жердің барша климаттық зоналарына тарап қоныстанған және нәсілдер мен нәсілдік топтардың құрылған кезі. Осы дәуірде дене бітімі қазіргі адамдарға ұқсас адамдар («саналы адам») қалыптасты. Мұндай адамның сүйегі бірінші рет Франциядағы Кро-Маньон үңгірінен табылғандықтан, оны кроманьондық деп атайды. Бұл кезеңде пышақ тіліктер, қырғыштар т.б. тас құралдары пайдаланылды. Қарулар жетілдірілді. Аң аулауда найза лақтырғыш қолданылды.
Қоғамдық қатынастар жетіліп, адамдардың бірлескен ұйымының түрі – рулық қауым қалыптаса бастады. Оларда мықты аналық рулық қауым қарым-қатынасы орнады. Әйелдің қоғамдық өмірде биік орынға ие болуы қауымдық үй шаруасының ерекшелігімен, әйелдің ұрпақты жалғастырушы ретіндегі отбасылық рөлімен де анықталып қойылған.
Оңтүстік Қазақстаннан бірқатар кейінгі палеолиттік ескерткіштер табылды. Олардың ішіндегі ден қоярлығы Шолаққорған қалашығының батыс жағынан табылған Ащысай тұрағы. Орталық Қазақстандағы Батпақ тұрағынан ірі қырғыш тастар мен сүңгінің ұштары табылды. Үшінші Қарабас көмбесінен 172 порфириттен жасалған заттар табылды. Шығыс Қазақстанда Қанай, Свинчатка, Үңгір және Ново-Никольское тұрақтары белгілі.
Қазақстан жерінде кейінгі палеолиттің толық зерттеліп біткен ескерткіштері онша көп емес, бірақ қолдағы бар материалдар ежелгі тас дәуірі адамдарының материалдық мәдениеті дамуының ешбір үзілмей, ұдайы жүріп отырғанына, сол сияқты Қазақстан аумағындағы қоныстану процесінің де үзілмегендігіне көз жеткізеді.
Кейінгі палеолит кезеңін мезолит (б.з.д. 12-5 мыңжылдықтар) алмастырды. Бұл кезең аз зерттелген. Сондықтан Қазақстан жерінен табылған ескерткіштер де сирек. Бұл кезеңде жебелі садақ пен бумеранг дүниеге келді. Қазба жұмыстары кезінде садақ жебесінің доғал және домалақ ұштары да табылды. Олар терісі бағалы аңдардың терісін бүлдірмей аулау үшін қолданылды. Сондай-ақ уланған немесе өртегіш жебелер кеңінен пайдаланылды. Тас өңдеу әдісі де жетілді. Пышақ тәрізді тілгіштер басқа құралдардың бәрін ығыстырып шығарды. Адамдар тас тілгіштерге ағаштан қолға ұстайтын сап орнатуды үйренді. Балық аулау кең тарады.
Неолит кезеңі б.з.б. 5-3 мыңжылдықтар арасын қамтиды. Бұл тас өңдеу техникасының әбден жетілген кезі. Тасты өңдеудің жаңа технологиялық тәсілдері: тегістеу, бұрғылау, аралау пайда болады. Тастан балта, кетпен, келі, келісаптар, дән үккіштер жасалды. Микролиттер дайындау неолитте меңгерілді. Сүйек өңдеу жетілдіріле түсті. Мал шаруашылығы мен егін шаруашылығының тууы, табиғаттың даяр өнімдерін пайдалану, аң аулау орнын өндіруші шаруашылықтың басуы – сол кезеңнің аса маңызды белгісі болып табылады. Ғылымда бұл құбылыс «Неолит төңкерісі» деп аталады. Адамдар жабайы жануарларды қолға үйретіп, жер өңдеудің қарапайым түрімен айналыса бастады. Шаруашылықтың жаңа түрлерінің пайда болуы адамзат қоғамының дамуына үлкен әсер етіп, адам еңбегінің ауқымы мен көлемін кеңейтті. Адам баласының бұдан былайғы экономикалық қам-қарекеті дамуының сан мың жылдық тарихы – едәуір дәрежеде шаруашылықтың осы екі түрінің өркендеп жетілу тарихы. Алғашқы қауым халқының өндіргіш күштерді дамытудағы неолит кезеңі тұсындағы қол жеткен деңгейі басқа да мәдени-тұрмыстық жаңалықтардың ашылуына ықпалын тигізеді. Осы кезде тау-кен ісі мен тоқымашылық пайда болып, керамикалық ыдыстар жасала бастайды. Сөйтіп, кен өндіру кәсібі қалыптасты. Адамдар саз балшықтан жасалып, отқа күйдірілген мықты қыш ыдыс – керамика жасауды үйренді. Ол ыдыстарға онша күрделі емес геометриялық өрнектер салынған.
Қазіргі кезде Қазақстан жерінде ғылымға белгілі 500-ден аса неолиттік ескерткіш бар. Неолит тұрақтары орналасу сипатына қарай төрт түрге бөлінеді: 1) бұлақ бойындағы; 2) өзен жағасындағы; 3) көл жиегіндегі; 4) үңгірдегі. Әдетте, өзен мен көл жиегіндегі тұрақтарда бұйымдар саны едәуір көп мөлшерде кездеседі, бұл жәйттен ол тұрақтарда адамдардың түпкілікті немесе ұзақ уақыт тұрып тірлік еткенін білеміз. Қазақстан жерінде бәрінен де көбірек тарағаны бұлақ бойындағы тұрақтар – олардың дені уақытша, маусымдық – кезбе аңшылардың орыны саналған. Қазақстанның шөл-дала аймақтарындағы неолит ескерткіштерінің бір ерекшелігі – олардың басым бөлігі – ашық (жер бетіндегі) тұрақтар. Бұл тұрақтардан оқтардың жебесі, сүңгінің ұшы, балталар, қашаулар, пышақтар, қырғыштар табылған. Қазақстанның неолиттік ескерткіштері бірнеше территориялық топтардан тұрады. Арал өңірінде Сексеуіл тұрағы орналасқан. Бұл тұрақтың тұрғындары негізінен аңшылар мен малшылар болған. Солтүстік-Шығыс Балқаш маңынан табылған құралдар яшма мен кварциттен жасалған. Қостанай облысындағы Ботай тұрағынан жабайы жылқының көптеген сүйектері табылды. Кейбір сүйектер жылқылардың біразы қолға үйретілгендігін көрсетеді. Сонымен, Қазақстанның далалық аймақтарында жылқыны қолға үйрету ісі басталған. Қараүңгір неолиттік тұрағы – Оңтүстік Қазақстанның Түлкібас ауданында орналасқан. Шығыс Қазақстан облысындағы Қызылсу өзенінің оң жағалауынан Сатшақыз тұрағы табылды.
Батыс Қазақстанда Келтеминар мәдениетінің бір түрі – батыс-қазақстандық үлгісі оқшау көзге түседі. Келтеминар мәдениеті б.з. д. 4 мыңжылдықтың аяғы мен 2 мыңжылдықтың бас кезінде болған және Қазақстан мен Орта Азияның едәуір территориясын қамтыған. Батыс Қазақстанда Шаңдыауыл, Құлсары, Шатпакөл, Қайнар, Жыланқабақ, Сарықамыс, Шаянды және т.б. тұрақтар бар.
Солтүстік Қазақстандағы Железинка ауылының маңынан қазылып, зерттелген неолит қабірінде мәйіт қабірдің ішінде өртелген. Онда сонымен қатар өлген адам денесімен бірге қабірге әр түрлі әшекей заттар, тас қарулар, қыш ыдыстар, тамақ қойылған. Бұл заттар о дүниеге барғанда қажет болады деген ойды білдірсе, ал өртеп қою отқа табынуды көрсетеді.
Қоныстардан, молалардан табылған бұйымдар неолит кезеңінде адам баласының өмірінде үлкен өзгерістердің болғандығын байқатады. Жер кәсібі, қолөнер, мал шаруашылығы сияқты шаруашылықтың жаңа түрлері дами бастады. Неолит кезеңінде қоғамда аналық рулық құрылыс болды. Адамдардың күн көрісі, тіршілігінде ананың рөлі басым болған.
Сөйтіп, қорыта келгенде, тас дәуірінде адамның пайда болуы, қалыптасуы және алғашқы адамдардың Қазақстан аумағына қоныс аударуы мен игере бастауы үрдісі жүрді.