מתוארכת בין השנים 7000 לפנה"ס - 6400 לערך. תקופה זו זוהתה לראשונה באתר עין ע'זאל שבירדן. האתר אפשר להשלים את רצף התקופות הנאוליתיות בלבנט. באתר תל יריחו ההתיישבות הסתיימה בתקופה הקדם קרמית ב ולאחר מכן האתר היה נטוש למשך זמן רב. עד לחשיפת אתר זה היו חוקרים שהציעו שהפער ההתיישבותי נמשך כאלף שנה. באתר זה התקיים שלב תרבותי נוסף שנקרא התקופה הנאוליתית הקדם קרמית ג. בעין עזאל תזונת התושבים עברה מבשר ציד לבעלי חיים מבויתים. בשיטות הקבורה חל שינוי גדול בתקופה זו, הופסק הנוהג להפריד בין הגולגולת והשלד, מספר הקבורות בחצר היה רב לעומת הקבורה מתחת לרצפת הבתים. ממצאים אלה מעדים על ירידה בחשיבות של פולחן האבות. בפעם הראשונה נמצאו קבורות שהכילו שלדים רבים בבור קבורה אחד.
שלב זה זוהה גם באתרים בארץ ישראל כמו אתר הגושרים בעמק החולה, תל עלי ושער הגולן ליד הכנרת, עתלית-ים ובאשקלון ליד חוף הים. בתקופה זו חל שינוי בתעשיית הצור. החלו להופיע להבי מגלים בעלי שינון עמוק.
נאולית קרמית PN.
תקופה זו (המכונה בקצרה נאולית קרמי שארכה 1900 שנה לערך, נקראה על התקופה החל משנת 6400 לפנה"ס ועד שנת 4500 לפנה"ס.
בספרות המחקר מקובל לחלקה לשתי תקופות משנה:
החלוקה נקבעה על פי חפירות הארכאולוגית קתלין קניון ביריחו. שם הובחנו שני שלבים סטרטיגרפיים מובהקים שכבה יריחו VIII - נאולית קרמית ב, שכבה יריחו IX נאולית קרמית א. חלוקה זו משמשת עד היום.
תקופה זו שונה באופייה בארץ ישראל מהתקופות שקדמו לה. בתקופות האפיפלאולית והנאולית הקדם קרמית ההתפתחות בארץ ישראל הייתה חלק בלתי נפרד מההתפתחות החברתית כלכלית ומההישגים האומנותיים והטכניים של המזרח הקרוב כולו. בסוף האלף השביעי (כלומר לקראת שנת 6000 מחציתה הראשונה של הנאולית הקרמי א) חלה התפתחות של מערכות חברתיות מורכבות יותר באזורים מצפון לארץ ישראל, ובאלף השישי לפנה"ס (כלומר בסוף נק"א ותחילת נק"ב) הואץ קצב ההתפתחות בצפון מסופוטמיה צפון סוריה ואנטוליה.
בתחילת המחקר הארכאולוגי בלטה התופעה של מיעוט אתרים מוכרים בארץ ולפיכך סברו החוקרים שהארץ הייתה נטושה. עם השנים התגלו אתרים נוספים, סברת הארץ הנטושה הופרכה, ובמקומה נמצאו שמות אחרים לתקופה. החוקרים חילקו את הארץ לתרבויות אזוריות שונות על פי אתרי מפתח. אופי היישובים השתנה, הכפרים הגדולים של התקופה הנאולית הקדם קרמית ב' נעלמו. יש הטוענים שהכפרים הגדולים דלדלו את המשאבים שסביב היישובים ומערכת היישובים קרסה. בתקופה הקרמית היישובים היו קטנים יותר בשטחם, בורות חפורים שמשו למגורים ואחסון. הבתים היו קטנים וללא רצפות טיח. יש חזרה לכלכלה על בסיס נוודות או נוודות חלקית עם שילוב חקלאות בעל ורעיית עדרים.
על פי בדיקות גאולוגיות הסתבר שבראשית האלף השישי לפנה"ס חל שינוי אקלימי חריף, דרום הלבנט סבל מבצורות חריפות שהשפיעו על מפת ההתיישבות בארץ ישראל. בצפון ארץ ישראל התפתחה התרבות הירמוכית ששיאה היה בתקופה נאולית קרמית א. תרבות זו נקראת על שם אתר מרכזי שנמצא ליד נהר הירמוך ליד קיבוץ שער הגולן. אתר משני בחשיבותו לתרבות זו הוא אתר מונחתה מדרום לכנרת. תרבות נוספת נמצאה ליד העיר לוד ונקראת תרבות יריחו IX או התרבות הלודית. תרבות זו נמצאה גם בתלוליות בטש שכבות IVa+b, אתר יפתחאל ליד מחלף המוביל ועוד. יש חוקרים הטוענים שהיא בת זמנה של התרבות הירמוכית ואחרים שהיא מאוחרת לה. החלוקה לשתי התרבויות היא לפי העיטורים על כלי החרס.
בתקופה הנאוליתית קרמית ב' זוהתה תרבות בשם תרבות ואדי רבה. תרבות זאת נמצאה על ידי הארכאולוג יעקב קפלן בוואדי רבה ליד ראש העין. תרבות זאת נמצאה מתחת לשכבה כלקולית ע'סולית. קפלן וגרפינקל קוראים לתקופה זו "תקופה כלקולית קדומה". תפוצת האתרים היא מנחל שורק צפונה. האתרים שוכנים במישורים או על טראסות של אדמות סחף ליד אפיקי נחלים. חלק מהאתרים בנויים על שטח של עשרה דונמים. יסודות הבתים עשויים מאבן וצורתם ריבועית. מרבית האתרים נתגלו בלבנון, בגליל, ובבקעת הירדן. עבודות הקרמיקה של תרבות זו הושפעה מתרבות תל חלף שמוצאה מצפון מסופוטמיה.
כלי החרס הופיעו לראשונה בארץ ישראל באלף השישי לפנה"ס. כלי החרס נוצרו באתרים שבהם נמצאו. לא נמצאו סימנים לבתי יוצר. טיבם של כלי החרס לרוב אינו מעולה. בקרמיקה הירמוכית נפוץ עיטור של רצועות זיגזג ממולאות בדגם "אידרת הדג". בתרבות יריחו IX טיפול פני השטח של הכלים שונה לחלוטין. החרסים ממורקים וצבועים בעיקר בגווני אדום כהה. הממצא המיוחד מהתרבות הירמוכית הן צלמיות הטין.
התקופה הכלקוליתית.
התקופה הכלקוליתית בארץ ישראל מתחילה ב-5,800 לפנה"ס ומסתיימת ב-3,600 לפנה"ס, עם עליית הציוויליזציה של תקופת הברונזה הקדומה.
בארץ ישראל נמצאו מאות אתרים מהתקופה זו. ההתיישבות הייתה בעלת אופי חקלאי. בכל יישוב התגוררה אוכלוסייה קטנה שמנתה עשרות עד מאות אנשים. החקלאות של היישובים התבססה על חיטה שעורה וקטניות. בנוסף לראשונה בארץ טיפחו התושבים מינים מתורבתים של עצי פרי כגון: תמר, זית ורימון. ענף כלכלי נוסף שהיה נפוץ בתקופה זו היה טיפוח עדרי כבשים, עיזים בקר וחזירים. הצאן שימש גם כמקור לצמר וחלב. עדות לכך הן המחבצות העשויות חרס ששימשו להכנת מוצרי חלב ופיסלוני החיות. התושבים השתמשו בחמור ובפרה כבהמות משא. לראשונה התמחו אנשים בארץ בכרייה ועיבוד נחושת. במקביל התפתחה רשת מסחרית שהעבירה חומרי גלם וסחורות על פני מרחקים גדולים.
תלוליות ע'סול.
אתר ארכאולוגי בעבר הירדן מהתקופה הכלקוליתית, שעל שמו הוגדרה "התרבות הע'סולית".
באתר קבוצה של 40 תלוליות קטנות המהוות את היישוב הקדום. שטחו המשוער של האתר הוא לפחות 60 דונם. המבנים באתר בעלי צורה מעוגלת, שקועים בחלקם באדמה או בעלי קירות אבן ולבנת-טין. הם נבנו לפי מתכונת פחות או יותר אחידה ופשוטה: חדר מלבני אחד, ששימש כיחידת המגורים, ולפניו חצר גדולה מוקפת גדר. הגגות היו עשויים כנראה מקני-סוף וקש. בחצרות נמצאו מתקנים להבערת אש, תנורים, בורות, ממגורות, משטחי עבודה וכלי כתישה.
הכלים שנמצאו באתר נעשו מחרס פשוט והוחלקו באמצעות גבעולי עשבים. לפי טביעות מחצלות על בסיס הכלים עולה כי הניחו אותם על מחצלות קלועות בתהליך ייצורם. באתר התגלו כלים העשויים מצור - להבים, אזמלים, נקרים, מגרדים ומרצעים, מאבן - אבני שחיקה, עליים ומכתשים, ראשי אלות, אבני משקולת לנולי אריגה, וכן פריטי מתכת.
כלכלת האתר התבססה על חקלאות וגידול בעלי חיים צאן, בקר ועוד.
מקומות היישוב העסולים בדרום ארץ ישראל לא נחרבו אלא ננטשו, כנראה במחצית האלף הרביעית לפנה"ס. לא ברורה הסיבה לנטישה המונית זו, בעבר הציעו חוקרים כי הופעתם של המצרים היא שגרמה לכך, קיימת השערה כי מגיפות או בצורות או משבר פוליטי (חברתי) או שילוב של כל האפשרויות הללו הן שהביאו לנטישה העסולית.
מערת המטמון.
הממצא החשוב ביותר מן התקופה נתגלה במה שמאוחר יותר נקרא בשם "מערת המטמון" בנחל משמר. המטמון היה טמון בכוך של מערה שיושבה בתקופה הנ"ל, עטוף במחצלת, וכלל 442 חפצים מהם 429 מנחושת. הוצע כי אלה כלי הקודש של מקדש עין גדי מאותה התקופה, המרוחק כ-12 ק"מ בלבד מהמקום ואשר היו בו סימנים של עזיבה מהירה אך ללא סימני הרס מכוון.
מטמון נוסף, של שמונה טבעות זהב גדולות מהתקופה הכלקוליתית, נמצא כמנחת קבורה במערת נחל קנה בשומרון. אלה בין חפצי הזהב הקדומים ביותר בעולם.
החקלאות הייתה דרך הקיום הראשית, והגידולים הנפוצים ביותר היו חיטה ושעורה. בנוסף נמצאו לראשונה גרעיני עצים כגון הרימון, הזית והתמר.
אזורים אחרים.
לרוב היו מספר גדול של יישובים קרובים אחד לשני, כאשר האזורים המרכזיים היו בקעת באר שבע (שם נמצאו מספר אתרים גדולים מתקופה זו, כגון: ביר אבו מטר, ביר א-ספאדי, תל שבע ועוד. התרבות שנמצאה נקראת תרבות באר שבע), בקעת ערד, מדבר יהודה, רמת הגולן ועמק הירדן. ריבוי מערות הקבורה במישור החוף ומיעוטן ליד היישובים עצמם מעלה השערה כי מישור החוף היווה ריכוז לבתי קברות בתקופה ההיא על אף ריחוקו היחסי מן היישובים.
בסקרים שנערכו במזרח ירושלים, יהודה ושומרון נמצאו ממצאים מהתקופה הכלקוליתית ב-268 מקומות: מתוכם 60 אתרים נחפרו. ממצאים נחשפו במקומות הבאים: מערת המכפלה (ללא חפירות), עיר דוד (במקומות אחדים), בית אל, ליד קיבוץ ייטב בבקעת הירדן ובאשתמוע.
באזור פקיעין נמצאה מערת קבורה שהכילה כ-80 גלוסקמאות מסוגים שונים.
תקופת הברונזה.
גבולות התקופה: 3800 לפנה"ס – 1200 לפנה"ס, לאורך 2600 שנה.
מקובל בספרות המחקר לחלק את התקופה לארבע תקופות משנה:
הברונזה הקדומה, הברונזה הביניימית, הברונזה התיכונה והברונזה המאוחרת. בתקופה זו השתמש האדם בברונזה, סגסוגת המשלבת נחושת ובדיל (או, לעיתים רחוקות יותר, נחושת ואבץ). הברונזה חזקה מהנחושת ולכן אפשרה יצירת כלי עבודה וכלי נשק יעילים יותר.
ברונזה קדומה.
גבולות התקופה: 3800 לפנה"ס - 2400 לפנה"ס לאורך 1400 שנה. בעוד שבתקופה זו התפתח הכתב באזור המסופוטמי ומצרים, באזור ארץ ישראל לא נתגלו ממצאים כתובים מן התקופה למעט מספר מצומצם של חריתות שמות מלכים מצריים. בתקופה זו מופיעה המדינה הראשונה תחת שושלת מלוכנית במצרים (השושלת המלכותית הראשונה תחת שלטון נערמר). באזור הסהר הפורה מופיעות ערי־מדינה כדוגמת אור, נחור ועוד. בארץ, התקופה מתאפיינת בהשפעה מצרית והתגבשות ערי־מדינה.
שקיעתן של ערי מדינה אלו מסמנת את סופה של תקופה זו ומעבר חזרה לחיי נוודות.
היישוב.