Desde el punto de vista anatómico, Homo neanderthalensis poseía un esqueleto robusto, con tórax ancho y extremidades relativamente cortas. Su cráneo se caracteriza por arcos supraorbitarios muy marcados, frente baja e inclinada, ausencia de mentón y una capacidad craneal igual o incluso superior a la del ser humano moderno. Los estudios anatómicos y genéticos no descartan que Homo neanderthalensis tuviera capacidad para un lenguaje articulado.

En los yacimientos asociados del Paleolítico medio se han encontrado herramientas de piedra pertenecientes a la cultura musteriense. En los últimos momentos de su existencia aparece el estilo châtelperroniense, considerado más avanzado. Homo neanderthalensis era omnívoro y existen indicios de prácticas caníbales. En los yacimientos más recientes se han documentado rituales funerarios y objetos simples con posible valor simbólico.

Las causas de la desaparición de Homo neanderthalensis siguen siendo inciertas. Entre las hipótesis destacan la competencia con Homo sapiens sapiens durante su expansión por Eurasia y los cambios climáticos asociados a las oscilaciones glaciares.

El término Homo neanderthalensis fue propuesto en 1863 por el geólogo William King y publicado en 1864. El nombre hace referencia al valle de Neander, cuyo antiguo término alemán Thal (“valle”) se modernizó a Tal en el siglo XX. En nomenclatura científica se mantiene la forma original, mientras que en alemán y español se usa habitualmente la versión moderna.

La historia de Homo neanderthalensis está estrechamente ligada al origen de la paleoantropología. En 1856 se descubrió el famoso fósil de la cueva Feldhofer, en el valle del Düssel, cerca de Düsseldorf. Antes de este hallazgo ya existían restos neandertales en Engis (1829) y Gibraltar (1848), aunque su importancia no fue reconocida hasta después. El descubrimiento de 1856 fue descrito por Fuhlrott y Schaaffhausen, mientras que Franz Mayer propuso una interpretación errónea que atribuía el esqueleto a un cosaco enfermo del ejército napoleónico.

Homo neanderthalensis apareció hace unos 230.000 años y desapareció entre 33.000 y 28.000 años atrás, tras desarrollar la cultura musteriense y el châtelperroniense. Mientras Homo sapiens evolucionaba en África, Parece descender de Homo heidelbergensis. El hallazgo de Homo antecessor en Atapuerca ayudó a reinterpretar la mandíbula de Mauer (1907), que podría representar un estadio intermedio entre Homo erectus/ergaster y los neandertales. Otros fósiles, como el cráneo de Steinheim, también se han relacionado con esta línea evolutiva.

El análisis del genoma completo de Homo neanderthalensis ha permitido precisar los tiempos de divergencia. Humanos, neandertales y denisovanos compartieron un ancestro común hace unos 571.000 años, mientras que neandertales y denisovanos se separaron hace unos 381.000 años.

En la península ibérica, Homo neanderthalensis estuvo presente desde hace unos 230.000 años hasta aproximadamente 28.000 años. Se estima que la población neandertal europea rondaba los 7.000 individuos durante gran parte de su existencia.

La datación más aceptada sitúa la extinción de Homo neanderthalensis entre 41.000 y 39.000 años atrás, coincidiendo con un periodo de enfriamiento climático y la expansión de Homo sapiens. Algunos yacimientos tardíos, como Byzovaya en Rusia, sugieren que grupos aislados pudieron sobrevivir más al norte de lo habitual.

Los últimos refugios de Homo neanderthalensis parecen encontrarse en el sur de la península ibérica, aunque nuevas dataciones adelantan su desaparición unos 10.000 años. Las causas de su extinción siguen siendo debatidas: competencia con Homo sapiens, enfermedades, cambios ambientales o hibridación.

El debate sobre si Homo neanderthalensis debe considerarse especie o subespecie continúa. Quienes lo ven como subespecie argumentan que la divergencia temporal no fue suficiente para una especiación completa y que existió hibridación fértil. Otros defienden su estatus como especie distinta basándose en diferencias morfológicas y en la ausencia de ADN mitocondrial neandertal en humanos modernos.

Las características definitorias incluyen esqueleto robusto, pelvis ancha, extremidades cortas, tórax en barril, arcos supraorbitarios prominentes, rostro proyectado, mandíbula sin mentón y una capacidad craneal de hasta 1550 cm³. Vivían en grupos pequeños, dominaban el fuego y fabricaban herramientas de piedra y hueso.

Homo neanderthalensis estaba bien adaptado al frío: cráneo alargado, nariz amplia, cuerpo compacto y musculatura potente. Su estatura rondaba los 1,65 m. Aunque no eran corredores de larga distancia, podían realizar carreras cortas y caminar grandes distancias. Su esperanza de vida era reducida: unos 40 años para los hombres y 30 para las mujeres.

La extracción de ADN de Homo neanderthalensis es compleja por la contaminación microbiana y humana. Aun así, se han obtenido secuencias mitocondriales y nucleares. En 2010 se publicó el primer borrador del genoma nuclear, y en 2013 se completó la secuenciación. Los genomas de Homo sapiens y Homo neanderthalensis coinciden en un 99,7 %.

Los estudios genéticos revelan que Homo neanderthalensis poseía variantes del gen MC1R asociadas al pelo pelirrojo, intolerancia a la lactosa y una versión del gen FOXP2 vinculada al lenguaje. La divergencia entre ambas especies se estima entre 516.000 y 706.000 años.

El ADN mitocondrial indica una separación sapiens‑neandertal de entre 550.000 y 690.000 años. El análisis del genoma nuclear muestra que los euroasiáticos actuales poseen entre un 1 % y un 5 % de ADN neandertal, resultado de hibridación en Oriente Medio hace unos 50.000–60.000 años. Se ha encontrado incluso un posible híbrido: el Niño de Lapedo.

Se calcula que alrededor del 20 % del genoma de Homo neanderthalensis persiste fragmentado en la población humana actual, especialmente en genes relacionados con la piel, el pelo y ciertas enfermedades. Otros genes neandertales fueron eliminados por selección negativa, especialmente los ligados al cromosoma X y a la fertilidad masculina.

Homo neanderthalensis era cazador‑recolector y consumía grandes animales, marisco y vegetales. El canibalismo ritual está documentado en varios yacimientos europeos. También desarrolló la cultura musteriense y, en sus últimos momentos, el châtelperroniense.

El debate sobre el lenguaje de Homo neanderthalensis continúa: algunos autores proponen un sistema comunicativo limitado, mientras que otros defienden que poseían un lenguaje articulado básico. El gen FOXP2 respalda esta última posibilidad.

El arte neandertal es objeto de discusión. Se han encontrado enterramientos simples, objetos con posible valor simbólico y una máscara rudimentaria. Algunas pinturas rupestres de España, datadas en más de 40.000 años, podrían haber sido realizadas por Homo neanderthalensis.