نئاندرتال
فرگشت

مرحلهٔ ۱: پیشانئاندرتال اولیه؛ شاید انسان راست‌قامت (۴۵۰٬۰۰۰ سال پیش)
مرحلهٔ ۲: نئاندرتال باستانی، شاید  (۴۳۰٬۰۰۰ سال پیش)
مرحلهٔ ۳: نئاندرتال اولیه (۱۳۰٬۰۰۰ سال پیش)
مرحلهٔ ۴: نئاندرتال اروپایی (۵۰٬۰۰۰ سال پیش)
مدل برافزایشی (پایین‌تر را ببینید)
بسیاری بر این باورند که انسان هایدلبرگی آخرین نیای مشترک نئاندرتال‌ها، دنیسوواها و انسان‌های امروزی بوده است، پیش از آنکه اینان به ترتیب در اروپا، آسیا و آفریقا از یکدیگر جدا شوند. تمایز آرایه‌ای میان انسان هایدلبرگی و نئاندرتال عمدتاً بر اساس فاصلهٔ بقایای فسیلی در اروپا بین ۳۰۰ تا ۲۴۳ هزار سال پیش در طول مرحلهٔ ایزوتوپی دریایی ۸ استوار است. به‌طور عرفی فسیل‌هایی که تاریخ آن‌ها به بعد از این فاصله برمی‌گردد، در زمرهٔ «نئاندرتال‌ها» طبقه‌بندی می‌شوند. دی‌ان‌ای به‌دست آمده از انسان‌های باستانی در محوطهٔ ۴۳۰ هزار سالهٔ سیمادِ لوس هوئسس اسپانیا نشان می‌دهد آن‌ها به نئاندرتال‌ها نزدیک‌تر از دنیسوواها هستند؛ این موضوع حاکی از آن است که جدایی میان نئاندرتال‌ها و دنیسوواها باید پیش از این زمان رخ داده باشد. جمجمهٔ ۴۰۰ هزار سالهٔ آروئیرا ۳ نیز ممکن است عضوی اولیه از تبار نئاندرتال بوده باشد. احتمال دارد جریان تبادل ژنی و آمیزش بین اروپای غربی و آفریقا در دورهٔ پلیستوسن میانی باعث شده باشد که ویژگی‌های نئاندرتالی در برخی از نمونه‌های انسان‌تباران اروپایی پلیستوسن میانی مانند نمونه‌های چپرانوی ایتالیا و تنگهٔ سیچوو صربستان قابل تشخیص نباشد. شواهد فسیلی از ۱۳۰ هزار سال پیش تاکنون بسیار کامل‌تر است و نمونه‌های متعلق به این دوره بخش عمدهٔ اسکلت‌های شناخته‌شدهٔ نئاندرتال‌ها هستند. بقایای دندانی از محوطه‌های ویسگلیانو و فونتانا رانوچیو در ایتالیا نشان می‌دهد که ویژگی‌های دندانی نئاندرتال‌ها تا حدود ۴۵۰–۴۳۰ هزار سال پیش در طول دورهٔ پلیستوسن میانی فرگشت پیدا کرده بودند.
دو فرضیهٔ اصلی دربارهٔ فرگشت نئاندرتال‌ها پس از جدایی نئاندرتال/انسان وجود دارد: دومرحله‌ای و برافزایشی. فرضیهٔ دومرحله‌ای بیان می‌کند که رویدادی محیطی عمدهٔ واحد — مانند یخبندان زاله — باعث افزایش سریع اندازهٔ بدن و استحکام انسان هایدلبرگی اروپایی و همچنین موجب کشیدگی سر آن‌ها شده است (مرحلهٔ ۱) که در نهایت حاصلش تغییرات دیگری در جمجمه بوده است (مرحلهٔ ۲). با این حال، آناتومی نئاندرتال‌ها ممکن است به‌طور کامل برای سازگاری با آب‌وهوای سرد شکل نگرفته باشد. فرضیهٔ برافزایشی می‌گوید که نئاندرتال‌ها به آرامی و طی زمان از گونهٔ اجدادی انسان هایدلبرگی فرگشت یافته‌اند و به چهار مرحله تقسیم می‌شوند: پیش‌نئاندرتال‌های اولیه (MIS ۱۲، یخبندان الستر)، پیش‌نئاندرتال‌ها به معنای کلی (MIS ۱۱–۹، میان‌یخ‌بندان هولشتاین)، نئاندرتال‌های اولیه (MIS ۷–۵، یخبندان زاله–میان‌یخبندان امین)، و سرانجام نئاندرتال‌های کلاسیک به معنای دقیق (MIS ۴–۳، یخ‌بندان وورم).
تاریخ‌های متعددی برای جدایی نئاندرتال/انسان پیشنهاد شده است. یکی حدود ۲۵۰ هزار سال پیش است؛ این فرضیه گونهٔ «انسان هلمی» را به عنوان آخرین نیای مشترک این دو در نظر می‌گیرد و این جدایی را با پیدایش ابزارهای سنگی ساخته‌شده به روش لوالوآ مرتبط می‌داند. دیگری تقریباً ۴۰۰ هزار سال پیش است و بر اساس آن، انسان هایدلبرگی آخرین نیای مشترک انسان امروزی و نئاندرتال بوده است. برآوردهای ۶۰۰ هزار سال پیش، فرض را بر این می‌گذارند که انسان رودزیایی آخرین نیای مشترک بود که به تبار انسان امروزی و تبار نئاندرتال/انسان هایدلبرگی تقسیم شده است. فرضیهٔ ۸۰۰ هزار سال پیش، انسان پیشگام را آخرین نیای مشترک در نظر می‌گیرد، اما تغییرات مختلف در این فرضیه می‌تواند این تاریخ را به ۱ میلیون سال پیش عقب ببرد. با این حال، پژوهشی در سال ۲۰۲۰ روی پروتئوم‌های مینای دندانِ انسان پیشگام نشان داد که این گونهٔ انسانی با نئاندرتال‌ها مرتبط است، اما نیای مستقیم آن‌ها نبوده است. مطالعات دی‌ان‌ای نتایج مختلفی برای زمان جدایی نئاندرتال/انسان به دست داده‌اند، مانند بازهٔ زمانی ۵۳۸–۳۱۵، ۵۵۳–۳۲۱، ۵۶۵–۵۰۳، ۶۵۴–۴۷۵، ۶۹۰–۵۵۰، ۷۶۵–۵۵۰، ۷۴۱–۳۱۷، و ۸۰۰–۵۲۰ هزار سال پیش؛ همچنین تحقیقی بر پایهٔ دندان تاریخ جدایی را تا بیش از ۸۰۰ هزار سال محاسبه کرده است.
نئاندرتال‌ها و دنیسوواها از نظر ژنتیکی به هم نزدیک‌ترند تا به انسان‌های امروزی، به این معنی که جدایی نئاندرتال/دنیسووا پس از جدایی آن‌ها از انسان‌های امروزی رخ داده است. با فرض نرخ جهش ۱ × ۱۰−۹ یا ۰٫۵ × ۱۰−۹ به ازای هر جفت‌باز در سال، جدایی نئاندرتال/دنیسووا به ترتیب در حدود ۲۳۶–۱۹۰٬۰۰۰ یا ۴۷۳–۳۸۱٬۰۰۰ سال پیش رخ داده است. با استفاده از ۱٫۱ × ۱۰−۸ به ازای هر نسل (با ۲۹ سال در نظر گرفتن یک نسل)، زمان جدایی آن‌ها ۷۴۴ هزار سال پیش بوده است. با استفاده از ۵ × ۱۰−۱۰ جایگاه نوکلئوتیدی در سال، زمان جدایی ۶۱۶ هزار سال پیش به دست خواهد آمد. با در نظر گرفتن همین تاریخ‌ها، این جدایی به احتمال زیاد تا زمانی که انسان‌تباران در سراسر اروپا پراکنده شده بودند، رخ داده بوده است و فرگشت ویژگی‌های منحصر به فرد نئاندرتال‌ها تا ۶۰۰–۵۰۰ هزار سال پیش آغاز شده بوده است. به نظر می‌رسد که نئاندرتال‌ها/دنیسوواها (یا «نئاندرسوواها») پیش از جدایی، در زمان مهاجرت از آفریقا به اروپا، با گونهٔ ناشناختهٔ انسانی «فوق باستانی» که از گذشته در اروپا بوده، آمیزش داشته‌اند. این انسان‌های فوق باستانی، نوادگان مهاجرت بسیار اولیه‌ای از آفریقا در حدود ۱٫۹ میلیون سال پیش بوده‌اند.