Развитие мозга приближало неандертальцев к современным людям. Его объем колебался у разных форм от 1200 см3
до 1600 см3. Таким образом, у некоторых неандертальских форм объем мозга был больше, чем в среднем у современного человека. Но структура мозга еще продолжала оставаться примитивной. В частности, слабо были развиты лобные доли, в которых сосредоточены ассоциативные центры, важные для функции мышления, а также центры торможения. Иными словами, способность к логическому мышлению была у неандертальца ограничена по сравнению с современным человеком, а поведение его характеризовалось резкой возбудимостью, часто приводившей, по-видимому, к кровавым столкновениям в неандертальском коллективе. В строении черепа у неандертальских форм также было много обезьяньих признаков. Черепная коробка отличалась слабым развитием в высоту, надбровный валик достигал в некоторых случаях огромных размеров, превосходя аналогичное образование даже на черепах древнейших гоминид, подбородочный выступ отсутствовал или был выражен очень слабо.Представление о локальных вариациях неандертальского типа опирается на изучение многих находок и, по-видимому, отражает реальную действительность. Прежде всего, следует сказать о своеобразии европейских форм, с одной стороны, и африканских, и азиатских — с другой. Последние отличаются некоторыми специфическими морфологическими признаками, а также меньшим объемом мозга и большей примитивностью строения черепной коробки. Можно было бы думать, что здесь мы сталкиваемся не с локальными, а со стадиальными различиями, и что примитивность африканских и азиатских неандертальцев объясняется их большей древностью по сравнению с европейскими. На самом деле их геологический возраст, по-видимому, даже моложе, чем европейских находок. Таким образом, речь, очевидно, должна идти о каких-то специфических путях развития южных форм неандертальского типа по сравнению с северными.
Особое место занимают палестинские находки. В пещере Мугарэт эс-Схул, что по-арабски означает «козья пещера», в 1931–1932 гг. было обнаружено несколько скелетов своеобразного морфологического типа. Они были найдены с характерным и для других неандертальских находок археологическим инвентарем. Геологические данные также свидетельствовали о геологической одновременности палестинских находок с находками европейских неандертальцев. Однако от последних они отличались более развитыми лобными долями мозга, более высоким черепом, меньшей выраженностью надбровного валика, приближающегося по своему строению к надбровным дугам современного человека, более развитым подбородочным выступом, одним словом — заметным приближением к типу современного человека по всему комплексу признаков. Было высказано даже предположение, что такая комбинация признаков образовалась в результате смешения неандертальского человека с современным. Однако этому противоречат и морфологические, и археологические данные. С большей вероятностью можно утверждать, что в данном случае мы сталкиваемся с началом процесса внутренней перестройки характерного для неандертальца морфологического типа в тип человека современного вида.