השכבה מתוארכת לתקופה הנאוליתית הקרמית (מסוף האלף השביעי ועד ראשית האלף החמישי לפנה"ס). גם לשכבה זו הגיעה החפירה באותו בור בדיקה ואין בידי החופרים כל עדות לאופי היישוב, אך הממצא כלי צור, חרסים וראשה של צלמית רב מזה של השכבה הקודמת. מן הממצא ניתן ללמוד על זיקתו של יישוב שכבה 20 לתרבות הירמוכית ותרבות יריחו IX. לעדות המצומצמת על יישוב זה חשיבות רבה, משום שזו העדות הראשונה שנחשפה מיישוב מתקופה זו במישור החוף של צפון ארץ ישראל ודרום לבנון, בין גבל (שמצפון לביירות) והרצליה. הממצא שעלה בחפירה מעיד על קרבה רבה למכלולים הארץ ישראליים שמוכרים בבקעת הירדן, בעמק יזרעאל ובשרון, והוא שונה מן המכלול שנחשף בגבל.
שכבות 16–19.
התקופה הכלקוליתית הקדומה (המחצית השנייה של האלף השישי והמחצית הראשונה של האלף החמישי לפנה"ס). היקף החפירה בשכבות אלה אפשר יצירת בסיס נתונים רחב וחשוב של ממצא כלי צור וכלי חרס, אך היה קטן מכדי הבנה של האדריכלות והארגון המרחבי של היישוב. ניתן עם זאת לסכם מספר מאפיינים: הייתה נהוגה בניית מבנים בעלי קירות ישרים, לעיתים רבות הוכנו רצפות עפר שבוססו על שכבת אבנים קטנות.
ממצא החרסים אפשר, בפעם ראשונה בארץ ישראל, הגדרה של ארבעה מכלולים עוקבים בני התקופה הכלקוליתית הקדומה, שנמצאו ברצף סטרטיגרפי אחד. מכלולים אלה מקבילים למכלולים מאתרים רבים ממרכז ומצפון הארץ, דבר המאפשר לנו לבסס את הגדרתם של שלושה שלבים עיקריים בכלקולית הקדום של ארץ ישראל: ממצאי שכבה 19 מקבילים לממצאי שכבת בנין B בוואדי רבה, ממצאי שכבה 17 מקבילים לממצאי שכבה VIII ביריחו וממצאי שכבה 16 מקבילים לממצאי שכבה XVIII בתל בית שאן ושכבה Ib בתל עלי.
בשכבה 18 נמצא מכלול שמעיד על המעבר ההדרגתי בין המכלול של שכבה 19 לשכבה 18 אך לא ניתן לציינו כמכלול בעל הקבלות מובהקות מאתרים אחרים בארץ. יעקב קפלן, מגלה תרבות ואדי רבה, כבר קבע שהמכלול משכבת בנין B מוקדם למכלולי שכה VIII (PNB) ביריחו, אך במהלך המחקר קמו חולקים רבים על שיוך זה. ההצגה הסטרטיגרפית של מכלול מקביל לממצאי בנין B בוואדי רבה ומעליו מכלול מקביל לשכבה VIII ביריחו מחזקת את קביעותיו של קפלן ושוללת את הטענות שמציגות מכלולים אלה כתרבויות אזוריות בו זמניות.
בשכבה 16, מסוף התקופה הכלקוליתית הקדומה, נמצאו שתי צלמיות אבן דמויות כינור. צלמיות דומות מוכרות כאחד ממאפייני התקופה הכלקוליתית המאוחרת והן מציגות עוד ציר תרבותי של המשכיות בין תרבות התקופה הכלקוליתית הקדומה והמאוחרת.
שכבה 15.
התקופה הכלקוליתית המאוחרת. נמצאו ממצאים בודדים שיש לשייך לתקופה זו. טרם נתגלו בחורבת עוצה מצבורים או שרידים שניתן להגדירם כשכבה של ממש, אך מהממצאים הבודדים ברור שגם בימי התקופה הכלקוליתית המאוחרת שכנו בני אדם באתר של חורבת עוצה, כנראה באחד מאזורי האתר שתרם נחפרו.
שכבה 14.
השכבה מתוארכת לתקופת הברונזה הקדומה 1א'. בתקופה זו התרחב מחדש היישוב בחורבת עוצה ומצבורים ורובדי עפר מימי יישוב זה נמצאו בכל שטח האתר, במצבורי התקופה נמצאו כלי חרס רבים ובלטה בניהם נוכחות הכלים הממורקים אפור מראשית תקופת הברונזה הקדומה. למרות הממצא הרב, לא נמצאו בחפירה שרידי בניה מובהקים מתקופת הברונזה הקדומה, נראה כי אך מקרה הוא וקרוב לוודאי שאכן שמורים שרידי בניה מתקופה זו ואלה טרם נחשפו. ממצא מעניין הוא צלמית קטנה של בעל חיים, ככל הנראה אריה. יישוב ראשית תקופת הברונזה הקדומה לא האריך ימים ובימי תקופת הברונזה הקדומה 1ב', לא היה כבר יישוב באתר של חורבת עוצה.
תקופת הברונזה הביניימית. לאחר הפסקה ארוכה מאוד, קרוב לאלף שנים, התחדש היישוב באתר. שרידי תקופת הברונזה הביניימית לא נמצאו בשטח AB ונמצאו רק בשטח מצומצם במזרח האתר ונראה שהם מלמדים על יישוב כפרי קטן. שתי שכבות, שבכל אחת מהן ניכרים מספר שלבי בניה, מראות שלא הייתה כאן נוכחות אקראית, ושכבות אלה הן עדות ליישוב קבע ממושך שתושביו השקיעו בבניה שכללה רצפות וקירות מאבן.
היישוב תקופת הברונזה הביניימית בחורבת עוצה משתבץ במערכת של יישובים וקבריהם שמתברר כי התקיימו בשולי עמק עכו ותושביהם התפרנסו ככל הנראה מעיבוד אדמות העמק ומרעה בגבעות שבשוליו.
שכבות 12–13.
תקופת הברונזה המאוחרת. לאחר פער נוסף במהלך היישוב במקום, הוקם באתר יישוב זעיר שהעדות לשרידיו נתגלו במזרח התל, בקרבת הבאר, והם נחשפו רק בריבוע חפירה אחד. יישוב זה לא האריך ימים והתקיים במאה ה-13 ובראשית המאה ה-12 לפנה"ס. כפי שרומזים כלי היבוא הרבים ניתן לשער כי היישוב באתר של חורבת עוצה היה קשור לעיר הנמל הגדולה של עכו. בערים שבתל כיסאן ועכו חזרו החיים למסלולם לאחר הזעזועים של סוף תקופת הברונזה המאוחרת ואילו חורבת עוצה שממה במשך כל תקופת הברזל.
שכבה 11.
השכבה מתוארכת תקופה הפרסית. לאחר פרק זמן נוסף, שבו האתר היה נטוש, באמצע התקופה הפרסית, במאה ה-5 לפנה"ס, נוסד מחדש יישוב נרחב. בחפירת 1963 נמצאה רחבה מרוצפת בלוחות אבן ובעונת 1991 יסודות של קירות רחבים ורצפות נוספות. מכלול כלי החרס מלמד על תרבות חומרית שנפוצה במערכת רחבה של יישובי מישור החוף הצפוני ושוליו, והיא שונה מאוד מתרבותם החומרית של יישובי ההר בגליל שבאותה תקופה.
שכבה 10.
התקופה ההלניסטית. לאחר פער קצר שנים, באמצע המאה ה-3 לפנה"ס, התחדש היישוב ועדויות לקיומו נמצאו בתחום התל הקטן ובשטחים H-J. נמצאו שרידים רבים של מבנים ובניהם חלק ממבנה גדול שנתחם בקיר אבן רחב ומפנים לו נמצאו חדרים וחצר שרוצפה בלוחות אבן ונקבעו בה תנורים בנויים מטין. אולי שימש המבנה כמרכזה של אחוזה חקלאית. במחצית הראשונה של המאה ה-2 לפנה"ס, ניטש היישוב שבחורבת עוצה ובאותו זמן ניטש גם היישוב הסמוך שבתל כיסאן. באותה עת מתרחבת העיר ההלניסטית הגדולה של עכו ונראה, על כן, שהיגרו אליה תושבי היישובים הקטנים שבשכנותה. מהתקופה הרומית: שרידים מעטים נמצאו בשטחים H-J ובשטח AB לא נמצאו כלל עדויות ליישוב בתקופה זו. על היישוב מעידים גם קברים שנמצאו בשטח F ומערת הקבורה שנחשפה בעונת החפירות הראשונה.
שכבות 6–9.
התקופה הרומית המאוחרת והתקופה הביזנטית.. בראשית המאה ה-4 לספירה נוסדה באתר תעשיית כלי חרס ושרידי תעשייה זו היו המרכיב השולט בממצאי התקופה הרומית והביזנטית. שרידי שכבות 9 ו-8 נמצאו בשטח מצומצם ושרידי שכבה 7 נחשפו בכל תחום החפירה בשטח A-B. בשטח זה נמצאו רק שרידי בניה דלים שיש לשייך לשכבה 6. בשטחים E-J במישור שמדרום לתל נמצאו שרידים עשירים מימי שכבה 6.
מרבית המטבעות שנמצאו בחפירה שייכות לימי שכבות 6–9 ועל סמך המטבעות ניתן לתארך את השכבות (על דרך ההעגלה) כך: שכבה 9 - שנים 310–330, שכבה 8 - שנים 340–410, שכבה 7 - שנים 410–500, שכבה 6 – שנים 500–630.
הקדרות תפסה, כאמור, מקום חשוב בכלכלת תושבי האתר בימי שכבות 7–9, ובחורבת עוצה נתגלה מכלול ייחודי של עדויות לתהליכים השונים של תעשיית כלי החרס. מכלול זה כולל: מצבורים של שאריות חומר גלם להכנת הטין, חול שהובא משפת הים ויועד לחיסום הטין, חדר ללישת הטין, אבניים ליצירת הכלים, חדרי עבודה של הקדרים וכלים לעיצוב ועיטור המוצרים בהיותם "קשים כעור", כבשני יוצרים ומצבורי פסולת של כלים שנפסלו לאחר השרפה. אחד מהכבשנים הוסב לברכה אליה ירדו מדרגות. אפשר שהיה זה מקווה טהרה או בריכה ששימשה בעת פילום הטין. נראה שבימי שכבה 6 לא נמשכה תעשיית הקדרות באתר ועל פן אחר בכלכלת תושבי המקום מעידים שרידי בתי בד שנתגלו בשטח G.
ממצא ייחודי, שעלה מחפירת שכבה 8, זו קבוצה של כני חרס שיועדו להצבת נרות. על אחד מהכנים חרוטה המילה שבת. נראה שכנים נועדו לשימושם של יהודים שרצו להאריך את משך בערתם של נרות המאור בשבת. הגדלת כמות השמן ששימש לבערת הנר התאפשרה על ידי פתיל שהוליך ממיכל שמצוי בהיקף הכן אל עין הנר ומשם אל פי הנר. ממצאים נוספים שנחשפו באתר קשורים, גם כן, לעולם היהודי וביניהם נציין דגמים מסוגננים של מנורות שצוירו על רבים מהקנקנים. ממצא ייחודי ונדיר מתקופה זו הוא חותם לחם שבחזיתו מנורת שבעה קנים
במערת הקבורה שממערב לאתר נמצאו ארונות חרס רבים וכן גלוסקמת חרס לליקוט עצמות. מכלול החפצים שנמצא במערה דומה לזה שנמצא בקברים יהודיים באזור ההר של הגליל ושונה מזה של הקברים הפניקיים שרבים מהם נחשפו בגליל המערבי.
שכבות 1–5.
תקופת ימי הביניים:. מן המקורות ההיסטוריים של ימי הביניים מסתבר כי באתר של חורבת עוצה הייתה התיישבות פרנקית בימי ממלכת ירושלים הצלבנית, במאה ה-12, באותה עת נקרא המקום לה הָדיה" (La Hadia) או "קָסָלֶה דה לה הָדי" (Casale de la Hadie) (היגוי צלבני לשם הערבי עיאדיה).
בין השנים 1189–1191 התחוללו באזור קרבות ממושכים בין צבאות הצלבנים ובין צבא המוסלמים בפיקוד צלאח א-דין שמטהו הוקם סמוך למקום. לאחר ניצחון הצלבנים במצור על עכו, נרצחו ליד עיאדיה אלפי שבויים מוסלמים. ממקור צלבני משנת 1254 ניתן להסיק כי המקום נושב שנית ונקרא שוב La Hadia. המקום היה בידיים צלבניות עוד בשנת 1283, עת נערך חוזה שלום בין הצלבנים והממלוכים.
ממצאי החפירה מעידים שבימי השלטון העבאסי או הפאטמי (מאות 9–11) התחדש היישוב באתר של חורבת עוצה משלב זה נמצאו רק חרסים שלא ניתן לקשור אותם לשרידים אדריכליים.
בימי שכבה 4 הוקם במקום מבנה חווה גדול מידות שממנו שרדו יסודות איתנים, רצפות ונידבכם התחתון של הקירות. המבנה של שכבה 4 נהרס, כנראה בימי מלחמותיו של צלאח א-דין. בימי שכבה 3 שוקם המבנה של שכבה 4 בטכנולוגית בניה דומה.