Người Neanderthal
Tiến hóa

Giai đoạn 1: tiền-Neanderthal sơ kỳ, có lẽ là  (người Tautavel, 450.000 năm trước)
Giai đoạn 2: Neanderthal thái cổ, có lẽ là  (Miguelón, 430.000 năm trước)
Giai đoạn 3: Neanderthal sơ kỳ (Saccopastore I, 130.000 năm trước)
Giai đoạn 4: Neanderthal châu Âu cổ điển (La Chapelle-aux-Saints 1, 50.000 năm trước)
Mô hình bồi tụ
Phần lớn giới chuyên gia cho rằng H. heidelbergensis là tổ tiên chung cuối cùng của người Neanderthal, người Denisova, và người hiện đại trước khi các quần thể này trở nên biệt lập lần lượt tại châu Âu, châu Á và châu Phi. Cách để phân biệt H. heidelbergensis và người Neanderthal chủ yếu dựa trên khoảng trống hóa thạch ở châu Âu từ 300-243 nghìn năm trước thuộc giai đoạn đồng vị biển 8 (MIS 8, viết tắt của Marine Isotope Stage 8). Theo quy ước, "người Neanderthal" là những hóa thạch có niên đại sau khoảng trống này. Tuy nhiên, di cốt 430 nghìn năm tuổi (ka) tại Sima de los Huesos nhiều khả năng là cá thể đại diện cho người Neanderthal sơ khai hoặc một nhóm liên quan mật thiết, và di cốt Aroeira 3 đã 400.000 năm tuổi có lẽ đại diện cho một giai đoạn tiến hóa quá độ. Ta phải chú ý rằng hình thái nguyên bản (basal) và phái sinh (derived) hoàn toàn có thể tồn tại đồng thời. Có lẽ từng xảy ra một sự kiện lưu chuyển gen giữa Tây Âu và Châu Phi trong kỷ Pleistocen giữa, làm che khuất đặc điểm Neanderthal ở các mẫu vật thuộc khoảng thời gian này, cụ thể là những mẫu được khai quật từ Ceprano, Ý và hẻm núi Sićevo, Serbia. Bản ghi hóa thạch bắt đầu hoàn chỉnh hơn từ 130.000 năm trước trở đi, và phần lớn di cốt Neanderthal được phát hiện đều có niên đại vào sau thời điểm đó. Di tích nha khoa từ các di chỉ Visogliano và Fontana Ranuccio tại Ý chứng tỏ các đặc điểm nha khoa của người Neanderthal đã tiến hóa vào khoảng 450–430 nghìn năm trước trong thời kỳ Pleistocen giữa.
Hiện có hai giả thuyết chính về sự tiến hóa của người Neanderthal hậu kỳ phân tách của họ với người hiện đại, đó là: thuyết hai giai đoạn (two-phase) và thuyết bồi tụ (accretion). Giả thuyết hai giai đoạn cho rằng một đại sự kiện môi trường duy nhất — chẳng hạn như băng kỳ Saale — đã khiến quần thể H. heidelbergensis ở châu Âu tăng nhanh kích thước và độ chắc khỏe của cơ thể, làm cho hộp sọ dãn ra (giai đoạn 1), rồi dẫn đến những thay đổi tiếp ở hộp sọ (giai đoạn 2). Tuy nhiên cũng phải xét rằng đặc điểm giải phẫu của Neanderthal không hoàn toàn chỉ được thúc đẩy bởi riêng thời tiết lạnh giá. Giả thuyết bồi tụ cho rằng người Neanderthal dần dần tiến hóa theo thời gian từ tổ tiên H. heidelbergensis, và được chia thành 4 giai đoạn: sơ kỳ tiền-Neanderthal (MIS 12, băng kỳ Elster), tiền-Neanderthal sensu lato (MIS 11-9, gian băng Holstein), người Neanderthal sơ khai (MIS 7–5, băng kỳ Saale – kỳ gian băng Eemian), và người Neanderthal cổ điển sensu stricto (MIS 4–3, băng kỳ Würm).
Có nhiều ước tính về thời điểm người Neanderthal và người hiện đại phân tách. Thời điểm 250.000 năm trước được đưa ra nếu coi "H. helmei" là tổ tiên chung cuối cùng (LCA), theo đó sự phân tách hai dòng gắn liền với sự xuất hiện của kỹ thuật Levallois để chế tạo công cụ bằng đá. Ước tính 400.000 năm trước lấy H. heidelbergensis làm mốc LCA. Ước tính 600.000 năm trước lấy "H. rhodesiensis" làm mốc LCA, tổ tiên mà phân tách thành nhánh người hiện đại và nhánh người Neanderthal/H. heidelbergensis. Ước tính 800.000 năm trước lấy H. antecessor làm mốc LCA, nhưng cũng có các biến thể của mô hình này tính ra thời điểm 1 triệu năm trước. Tuy vậy, phân tích hệ protein men răng của H. antecessor năm 2020 chỉ ra rằng loài này là họ hàng bàng hệ chứ không phải tổ tiên trực hệ. Các nghiên cứu DNA đưa ra nhiều kết quả khác nhau về thời điểm phân tách Neanderthal/người hiện đại, ví dụ như 538–315, 553–321, 565–503, 654–475, 690–550, 765–550, 741–317, hoặc 800–520 nghìn năm trước. Ngoài ra một phân tích nha khoa năm 2019 kết luận sự phân tách xảy ra 800.000 năm trước.
Người Neanderthal và người Denisova có quan hệ họ hàng gần gũi với nhau hơn so với người hiện đại, tức là sự phân tách giữa người Neanderthal và Denisova xảy ra sau khi họ chia tách với người hiện đại. Giả sử tốc độ đột biến là 1x10−9 hoặc 0.5x10−9 trên mỗi cặp base (bp) mỗi năm, sự phân tách Neanderthal/Denisova xảy ra lần lượt vào khoảng 236–190 hoặc 473–381 nghìn năm trước. Nếu giả thiết 1.1x10−8 mỗi thế hệ mà cứ sau 29 năm lại có thế hệ mới thì thời điểm phân tách cách đây 744.000 năm. Nếu giả thiết 5x10−10 điểm phản ứng nucleotide (nucleotide site) mỗi năm thì thời điểm phân tách cách đây 616.000 năm. Nếu chấp nhận niên đại 616.000 năm thì sự phân tách có lẽ diễn ra trước thời điểm hominin lan rộng khắp châu Âu, và các đặc điểm sinh học của người Neanderthal đã manh nha xuất hiện cách đây 600–500 nghìn năm. Trước khi rẽ nhánh, tổ tiên chung Neanderthal/Denisova (còn gọi là "người Neandersova") di cư ra khỏi châu Phi vào châu Âu rồi dường như lai tạp với một loài người "siêu thái cổ" chưa xác định đã có mặt ở đó từ trước; loài siêu thái cổ này là hậu duệ của cuộc di cư ra khỏi châu Phi thuở sớm khoảng 1,9 triệu năm trước.