Au sein des hominines fossiles, les Néandertaliens sont ceux dont l’anatomie est la mieux connue, grâce à un matériel paléontologique relativement abondant et aux nombreuses études qui lui ont été consacrées. Les caractères principaux des Néandertaliens sont acquis précocement durant le développement, ce qui indique qu’ils sont au moins en partie déterminés par le génome. Les proportions corporelles sont similaires à celles des chasseurs arctiques et traduisent au moins en partie une adaptation biologique au stress thermique. Certains caractères de la cavité nasale pourraient aussi représenter une réponse à l’inspiration d’air froid mais aussi à un haut niveau d’activité physique.
Sur le plan métabolique, la forte masse corporelle des adultes nécessitait un fort apport calorique journalier, notamment pendant les phases glaciaires et en l’absence probable de vêtements élaborés. Le régime alimentaire des Néandertaliens a longtemps été considéré comme hypercarné et les graisses animales ont été fortement recherchées. Cependant les analyses du tartre dentaire et des micro-usures de l’émail dentaire indiquent aussi la consommation de plantes.
Les modalités du développement individuel restent mal comprises. Certains indices, notamment livrés par l’étude des microstructures dentaires, suggèrent un développement plus rapide que celui des hommes actuels. Cependant, les contraintes imposées par la demande énergétique d’un cerveau de grande taille impliquent de fortes similarités avec celles des hommes modernes.
