À l’origine uniquement fondée sur l'anatomie comparée, la reconstitution des régimes alimentaires du passé le plus lointain fait aujourd'hui appel à bien d'autres méthodes. L'analyse des micro-usures dentaires a été l’une des premières mises en œuvre. L'archéozoologie fournit quant à elle de précieuses informations sur les modes d'exploitation de la faune ; et, depuis peu, l’analyse du tartre dentaire permet de mettre en évidence des vestiges d'aliments végétaux. Mais surtout, au cours des deux dernières décennies, on a assisté à un développement spectaculaire des méthodes fondées sur la géochimie isotopique.
Au sein des primates, l'homme se distingue par une consommation élevée de protéines animales. Au cours de l’évolution humaine, l'accès à des sources de nourriture riches en énergie a joué un rôle critique dans le développement de l'encéphalisation. Le développement d'outillage en pierres taillées, probablement dès avant 3 millions d'années, est généralement associé au traitement des carcasses d'animaux charognés ou chassés. De nombreux indices suggèrent que ses comportements étaient déjà présents chez les australopithèques. Ils ont toutefois pris un développement particulier dans le genre Homo, et singulièrement, à partir de 1,9 million d'années, chez les premiers Homo erectus.
La question de l’utilisation et du contrôle du feu par les hominines archaïques fait l'objet de vifs débats. La cuisson des aliments présente de nombreux avantages sur le plan métabolique et énergétique. En Afrique, des traces de feu ont été découvertes dans plusieurs gisements dont les âges s'échelonnent entre 1,5 et 0,7 million d'années. Tout ou partie de ces vestiges pourrait cependant être dû à des incendies naturels. À Gesher Benot Ya'aqov, en Israël, de nombreux silex brûlés ont été découverts dans des niveaux vieux de 790 000 ans. Cependant, aussi bien au Proche-Orient qu'en Europe, c'est essentiellement à partir de 400 000 ans avant le présent que l'on trouve des traces indiscutables de feu contrôlé par les hommes.
