a neandervölgyiek utolsó megjelenésének időpontja általában kb. 30 ezer évvel ezelőtt (ka). Ez a dátum követi a megjelenése a modern emberek Európában több évezreddel, de a megértés a pontos időzítés, időtartama ez az intervallum eltakarja a korlátozások a mi társkereső módszerek. Például a légköri radiokarbon-termelés csúcsai ebben az időben nagyfokú bizonytalanságot eredményeznek a vonatkozó radiokarbon-dátumokban (Conard & Bolus 2008). A két faj akár tíz évezreden keresztül is együtt élhetett Európában, és valószínűleg ebben az időben találkoztak egymással, bár ennek az együttélésnek az időtartamát vitatják, csakúgy, mint a kettő közötti kapcsolatot (például Finlayson 2000, Pinhasi et al. 2011). Az a kérdés, hogy mi történhetett ezen találkozások során, és mi lehetett a korai modern emberek szerepe a neandervölgyi kihalásban, intenzív vita tárgyát képezte, és a neandervölgyi kutatás fókuszpontja volt.
a neandervölgyi eltűnést egyesek valódi kihalásnak tekintik. Mások azonban azt állítják, hogy a neandervölgyiek nem kihaltak, hanem a modern emberi génállományba asszimilálódtak. A fosszilis rekord kétértelmű ezen a ponton: néhány európai felső paleolit modern emberi példányt javasoltak potenciális neandervölgyi-modern emberi hibridként, de ezt az értelmezést megkérdőjelezték (például Lásd Smith 2005, Harvati et al. 2007). A neandervölgyi és a felső paleolitikum modern emberi mitokondriális DNS elemzése nem utal az interbreedingre (pl. Ghirotto et al. 2011). A neandervölgyi nukleáris DNS-ről szóló legújabb kutatások azonban bizonyítékot találtak a korlátozott keverésre: az eddig vizsgált nem afrikaiak genomjainak egy kis része (~4%-ig) a Neandervölgyiekből származhat, ami arra utal, hogy a Közel-Keleten valószínűleg a modern emberek legkorábbi elterjedése során történt Afrikából, de Európába érkezésük előtt (Green et al. 2010). A keverékek demográfiai modellezése a területi terjeszkedéssel kombinálva azonban azt jelzi ,hogy az introgresszió ezen szintje nagyon alacsony (et al. 2010), korai azt a következtetést levonni, hogy a jelenleg megfigyelt keverési szint asszimilációt jelent. Függetlenül attól, hogy ez a kis hozzájárulás a modern emberi génállományhoz, a neandervölgyi populációk Európa-szerte hirtelen eltűntek a fosszilis rekordban, és számos forgatókönyvet javasoltak ennek a megfigyelésnek a figyelembevételére. A legtöbb hivatkozhat bizonyos fokú verseny, akár közvetlen, akár közvetett, a modern emberek, vagy alternatív módon, romló környezeti feltételek, mint fő tényező.
a versenyt támogató hipotézisek számos lehetséges modern emberi versenyelőnyt javasoltak. Ezek közé tartozik a technológiai fejlődés, például 1) jobb ruhát, szállást, 2) továbbfejlesztett vadászati technikák, valamint több különböző megélhetési stratégiák, amely tartalmazza a fogyasztás, a madarak, a halak, 3) a társadalmi különbségeket, mint például a nagyobb csoport méretű bonyolultabb társadalmi hálózatok között a modern emberek, valamint 4) a demográfiai tényezők, esetleg köztük a különbség a születési, illetve halálozási arány, vagy a interbirth időközönként a két faj (lásd a hivatkozást a Harvati 2007). A neandervölgyiek és a modern emberek élettörténetében és demográfiájában valóban jelentős különbségek mutatkoztak, többek között a neandervölgyiek gyorsabb növekedése és esetleg rövidebb várható élettartama (lásd Harvati 2007, Smith et al. 2010), valamint sokkal nagyobb népsűrűség a felső paleolitikus modern emberek körében, mint a neandervölgyiek (Mellars & francia 2011).
az éghajlat jelentősége ebben a vitában egészen a közelmúltig csökkent, mivel a neandervölgyiek eltűntek a 3. Oxigénizotóp szakaszban (OIS 3), amikor a feltételeket viszonylag stabilnak tartották (Stringer et al. 2003). Néhány közelmúltbeli hipotézis azonban úgy véli, hogy az évezredek során az éghajlati instabilitás az utolsó glaciális maximumig építve hajtóereje volt a neandervölgyi kihalásnak. Az egyik modell azt állítja, hogy a neandervölgyi területen jóval a modern emberek érkezése előtt az élőhelyek lebomlása és széttöredezettsége következett be, és ez vezetett a neandervölgyi populációk tizedeléséhez és esetleges eltűnéséhez. Ebből a szempontból a modern emberek a neandervölgyiek által korábban elfoglalt területekre érkeztek volna, miután az utóbbiak már kihaltak, és a két faj soha nem találkozott volna Európában (Finlayson 2000). Egy hasonló modell a neandervölgyi pusztulást csak a sok késő pleisztocén megafauna kihalásának egyikének tekinti, amelyet egy modern analóg nélküli környezet elvesztése okoz (Stewart 2005). A jelentős éghajlati hatás támogatása a legutóbbi részletes paleoklimatikus feljegyzésekből származik, amelyek szerint az OIS 3-at a korábban gondoltnál sokkal instabil éghajlati viszonyok uralták (van Andel & Davies, 2003), és szokatlanul intenzív vulkáni tevékenység (Golovanova et al. 2010). Az éghajlati stressz modellezése (a környezeti változás közvetett hatásaként definiálva) ezen új adatok alapján két stresszcsúcsot talált ~65 és ~30 ka-nál, a második hosszabbnak és súlyosabbnak tűnik, mint az első, és valószínűleg a neandervölgyi kihaláshoz kapcsolódik (Stringer et al. 2003). Ez lehet kicsapódott a coeval kitörés. Mivel azonban a neandervölgyiek túlélték a korábbi hideg fázisokat, nehéz elfogadni az éghajlatváltozást, mint a haláluk egyetlen okát. Ezenkívül nem találtak összefüggést az utolsó neandervölgyi megjelenés javasolt időpontjai és a főbb éghajlati események között, ami arra utal, hogy a neandervölgyiek katasztrofális éghajlati esemény (tzedakis et al. 2007). Ha az éghajlat jelentős szerepet játszott, ezért összetettebb lenne, talán a környezet romlását a modern emberek megjelenésével kombinálva, ezért a korlátozott erőforrások iránti fokozott verseny mellett. Ebben a nézetben az ingadozó éghajlat és környezet hatásai, valamint a modern emberekkel való verseny kölcsönhatása vezetett volna a neandervölgyi kihaláshoz.