Das letzte Erscheinungsdatum von Neandertalern wird allgemein als ca. vor 30 Tausend Jahren (ka). Dieses Datum folgt der Entstehung des modernen Menschen in Europa um mehrere Jahrtausende, Unser Verständnis des genauen Zeitpunkts und der Dauer dieses Intervalls wird jedoch durch die Einschränkungen unserer Datierungsmethoden verdeckt. Zum Beispiel führen Peaks in der atmosphärischen Radiokohlenstoffproduktion während dieser Zeit zu einer großen Unsicherheit bei den relevanten Radiokohlenstoffdaten (Conard & Bolus 2008). Die beiden Arten können in Europa seit bis zu zehn Jahrtausenden nebeneinander existieren und sich möglicherweise während dieser Zeit begegnet sein, obwohl die Dauer dieser Koexistenz diskutiert wird, ebenso wie der Kontakt zwischen den beiden (z. B. Finlayson 2000, Pinhasi et al. 2011). Die Frage, was bei diesen Begegnungen passiert sein könnte und welche Rolle der frühneuzeitliche Mensch beim Aussterben der Neandertaler gespielt haben könnte, war Gegenstand intensiver Diskussionen und ein Schwerpunkt der Neandertaler-Forschung.
Das Verschwinden der Neandertaler wird von einigen als wahres Aussterben angesehen. Andere behaupten jedoch, dass Neandertaler nicht ausgestorben sind, sondern stattdessen in den modernen menschlichen Genpool aufgenommen wurden. Der Fossilienbestand ist in diesem Punkt nicht eindeutig: einige europäische moderne menschliche Exemplare des oberen Paläolithikums wurden als potenzielle Neandertaler-moderne menschliche Hybriden vorgeschlagen, aber diese Interpretation wurde in Frage gestellt (z. B. Smith 2005, Harvati et al. 2007). Die Analyse der modernen menschlichen mitochondrialen DNA des Neandertalers und des Oberpaläolithikums zeigt keinen Hinweis auf eine Kreuzung (z. B. Ghirotto et al. 2011). Neuere Forschungen zur Kern-DNA von Neandertalern haben jedoch Hinweise auf eine begrenzte Beimischung gefunden: ein kleiner Teil (bis zu ~ 4%) der bisher untersuchten Genome von Nichtafrikanern kann von Neandertalern stammen, was darauf hindeutet, dass die Kreuzung wahrscheinlich im Nahen Osten während der frühesten Ausbreitung des modernen Menschen aus Afrika erfolgte, aber vor ihrer Ankunft in Europa (Green et al. 2010). Die demografische Modellierung der Beimischung in Kombination mit der territorialen Expansion zeigt jedoch, dass dieses Maß an Introgression unter sehr geringen (et al. 2010) ist es verfrüht, zu dem Schluss zu kommen, dass der derzeit beobachtete Grad der Beimischung eine Assimilation darstellt. Ungeachtet dieses geringen Beitrags zum modernen menschlichen Genpool verschwanden die Neandertalerpopulationen in ganz Europa abrupt im Fossilienbestand, und es wurden mehrere Szenarien vorgeschlagen, um diese Beobachtung zu erklären. Die meisten berufen sich auf ein gewisses Maß an Wettbewerb, entweder direkt oder indirekt, mit dem modernen Menschen, oder alternativ, sich verschlechternde Umweltbedingungen, als Hauptfaktoren.Hypothesen, die den Wettbewerb befürworten, haben mehrere mögliche moderne menschliche Wettbewerbsvorteile vorgeschlagen. Dazu gehören technologische Fortschritte wie 1) bessere Kleidung und Unterkunft, 2) verbesserte Jagdtechniken und vielfältigere Subsistenzstrategien, einschließlich des Verzehrs von Vögeln und Fischen, 3) soziale Unterschiede wie größere Gruppengrößen und ausgefeiltere soziale Netzwerke unter modernen Menschen und 4) demografische Faktoren, möglicherweise einschließlich Unterschiede in der Geburten- und Sterblichkeitsrate oder in den Intervallen zwischen den Geburten der beiden Arten (siehe Referenzen in Harvati 2007). Tatsächlich wurden wichtige Unterschiede zwischen Neandertalern und modernen Menschen in ihrer Lebensgeschichte und Demographie gefunden, einschließlich schnellerem Wachstum und möglicherweise kürzerer Lebenserwartung bei Neandertalern (siehe Harvati 2007, Smith et al. 2010), sowie eine viel höhere Bevölkerungsdichte unter den modernen Menschen der Altsteinzeit im Vergleich zu Neandertalern (Mellars & French 2011).Die Relevanz des Klimas in dieser Debatte wurde bis vor kurzem außer Acht gelassen, da Neandertaler im Sauerstoffisotopenstadium 3 (OIS 3) verschwanden, als die Bedingungen als relativ stabil galten (Stringer et al. 2003). Einige neuere Hypothesen, jedoch, Die klimatische Instabilität während der Jahrtausende bis zum letzten Gletschermaximum war eine treibende Kraft für das Aussterben der Neandertaler. Ein Modell postuliert, dass die Verschlechterung und Fragmentierung des Lebensraums im Neandertaler-Territorium lange vor der Ankunft des modernen Menschen stattgefunden hat, und dass es zur Dezimierung und schließlich zum Verschwinden der Neandertaler-Populationen führte. In dieser Ansicht wären moderne Menschen in Gebieten angekommen, die zuvor von Neandertalern besetzt waren, nachdem diese bereits ausgestorben waren, und die beiden Arten hätten sich in Europa nie getroffen (Finlayson 2000). Ein ähnliches Modell betrachtet den Untergang des Neandertalers als nur eines der vielen Aussterben der Megafauna im späten Pleistozän, die durch den Verlust einer Umgebung ohne modernes Analogon verursacht wurden (Stewart 2005). Unterstützung für einen signifikanten klimatischen Effekt kommt aus den jüngsten detaillierten paläoklimatischen Aufzeichnungen, wonach OIS 3 von viel instabileren klimatischen Bedingungen dominiert wurde als bisher angenommen (van Andel & Davies, 2003) und möglicherweise durch ungewöhnlich intensive vulkanische Aktivität ausgefällt wurde (Golovanova et al. 2010). Die Modellierung des klimatischen Stresses (definiert als die indirekten Auswirkungen von Umweltveränderungen) auf der Grundlage dieser neuen Daten ergab zwei Stressspitzen bei ~ 65 und ~ 30 ka, wobei der zweite länger und schwerer zu sein schien als der erste und möglicherweise mit dem Neandertaler-Aussterben zusammenhängt (Stringer et al. 2003). Dies könnte durch den gleichzeitigen Ausbruch ausgelöst worden sein. Da Neandertaler jedoch frühere Kältephasen überlebt hatten, ist es schwierig, den Klimawandel als alleinigen Grund für ihr Ableben zu akzeptieren. Darüber hinaus wurde kein Zusammenhang zwischen vorgeschlagenen Daten für das letzte Auftreten von Neandertalern und großen klimatischen Ereignissen gefunden, was darauf hindeutet, dass Neandertaler nach einem katastrophalen klimatischen Ereignis nicht ausgestorben sind (Tzedakis et al. 2007). Wenn das Klima eine bedeutende Rolle spielen würde, wäre es daher komplexer, vielleicht mit einer Verschlechterung der Umwelt in Kombination mit dem Aufkommen des modernen Menschen und damit mit einem verstärkten Wettbewerb um begrenzte Ressourcen. Aus dieser Sicht ist es die Wechselwirkung zwischen den Auswirkungen von schwankendem Klima und Umwelt und der Konkurrenz mit dem modernen Menschen, die zum endgültigen Aussterben der Neandertaler geführt hätte.