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Pendant le Pléistocène moyen (780 000 à 128 000 avant le présent), de nouvelles formes d’hominines apparaissent. Elles se distinguent essentiellement des Homo erectus qui précèdent par la taille grandissante de leur cerveau et le réaménagement de la boîte crânienne. Ce phénomène d’accroissement du cerveau semble apparaître indépendamment dans plusieurs lignées, en Afrique, en Europe et en Asie, sans doute sous l’effet de pressions de sélections similaires. En Eurasie, deux groupes frères qui possèdent un ancêtre commun se développent : les Néandertaliens dans la partie occidentale du continent et les Dénisoviens dans sa partie orientale. La démographie et la distribution géographique de ces deux groupes ont été profondément affectées par les changements environnementaux de grande ampleur qui ont eu lieu tout au long de leur évolution. Les Néandertaliens sont les mieux représentés dans le registre fossile. De nombreux sites archéologiques découverts en Europe depuis le milieu du xixe siècle permettent d’analyser leur culture matérielle ainsi que leur mode d’exploitation de l’environnement. Les progrès de la paléogénétique qui ont révolutionné nos connaissances permettent de préciser la phylogénie et la démographie de ces formes. Ils mettent en évidence leur héritage génétique au sein des populations modernes.