La lignée néandertalienne est essentiellement attestée dans la partie occidentale de l’Eurasie. Cependant, probablement à un point tardif de son évolution, cette lignée a étendu son territoire loin vers l’est, jusque dans l’Altaï. La séparation entre les lignées eurasiennes, représentées par les Néandertaliens et les Dénisoviens, et la lignée africaine ancestrale de l’homme moderne remonte autour de 650 000 ans avant le présent. Malgré un temps de séparation assez court, les deux ensembles ont rapidement développé des phénotypes très différents. Néandertaliens et hommes modernes possèdent de grands cerveaux mais se distinguent fortement par l’architecture de leur boîte crânienne. La face longue et fortement projetée en avant dans sa partie médiane des Néandertaliens est, elle aussi, très différente de celle courte, plate et rétractée sous les lobes frontaux du cerveau des hommes modernes. Ces évolutions anatomiques divergentes ont notamment entraîné des différences marquées dans la morphologie mandibulaire et dans celle de la base du crâne.
L’émergence de la morphologie néandertalienne est synchrone de l’amplification des cycles glaciaires/interglaciaires qui affectent le Pléistocène moyen. Ces cycles sont la cause principale d’une succession de goulots d’étranglement génétique et de la réduction de la variabilité morphologique et génétique tout au long de l’évolution de la lignée néandertalienne. Dans ce « modèle d’accrétion », la dérive génique a joué probablement un rôle essentiel dans la fixation des caractères dérivés néandertaliens.
