De laatste verschijningsdatum van Neanderthalers wordt vaak geciteerd als ca. 30 duizend jaar geleden (ka). Deze datum volgt op de opkomst van de moderne mens in Europa door enkele millennia, maar ons begrip van de exacte timing en de duur van dit interval wordt verduisterd door de beperkingen van onze dating methoden. Pieken in de atmosferische koolstofproductie gedurende deze periode leiden bijvoorbeeld tot een grote mate van onzekerheid in de relevante koolstofdatums (Conard & Bolus 2008). De twee soorten kunnen hebben naast elkaar bestaan in Europa voor maximaal tien millennia, en misschien kwam over elkaar in deze tijd, hoewel de duur van deze coëxistentie wordt besproken, net als contact tussen de twee (bijvoorbeeld, Finlayson 2000, Pinhasi et al. 2011). De vraag wat er tijdens deze ontmoetingen kan zijn gebeurd en wat de rol van de vroegmoderne mens in het uitsterven van de Neanderthaler zou kunnen zijn geweest, is onderwerp geweest van intensieve discussie en een centraal punt in Neanderthaler onderzoek.
het verdwijnen van de Neanderthaler wordt door sommigen gezien als een echte extinctie. Anderen beweren echter dat Neanderthalers niet uitgestorven waren, maar in plaats daarvan werden geassimileerd in de moderne menselijke genenpoel. Het fossielenbestand is op dit punt dubbelzinnig: een paar Europese Opper-Paleolithische moderne menselijke specimens zijn voorgesteld als potentiële Neanderthaler-moderne menselijke hybriden, maar deze interpretatie is in vraag gesteld (bijvoorbeeld, zie Smith 2005, Harvati et al. 2007). Analyse van Neanderthaler en bovenste Paleolithische moderne menselijke mitochondriale DNA toont geen indicatie van kruising (bijv., Ghirotto et al. 2011). Echter, recent onderzoek naar Neanderthaler nucleair DNA heeft bewijs gevonden voor beperkte vermenging: een klein deel( tot ~4%) van de genomen van niet-Afrikanen tot nu toe onderzocht kan afkomstig zijn van Neanderthalers, wat suggereert dat kruising waarschijnlijk plaatsvond in het Nabije Oosten tijdens de vroegste verspreiding van moderne mensen uit Afrika, maar voorafgaand aan hun aankomst in Europa (Green et al. 2010). Demografische modellering van vermenging gecombineerd met territoriale expansie geeft echter aan dat dit niveau van introgressie onder zeer laag zou worden geproduceerd (et al. 2010), is het voorbarig om te concluderen dat het momenteel waargenomen niveau van vermenging assimilatie is. Ongeacht deze kleine bijdrage aan de moderne menselijke genenpoel, Neanderthaler populaties in heel Europa verdwenen abrupt in de fossiele record, en verschillende scenario ‘ s zijn voorgesteld om rekening te houden met deze waarneming. De meeste beroepen op een mate van concurrentie, direct of indirect, met de moderne mens, of als alternatief, verslechterende milieuomstandigheden, als belangrijke factoren.hypothesen die voor concurrentie pleiten, hebben verschillende mogelijke moderne concurrentievoordelen voor de mens voorgesteld. Deze omvatten technologische vooruitgang, zoals 1) betere kleding en onderdak, 2) verbeterde jachttechnieken en meer diverse bestaansstrategieën, waaronder de consumptie van vogels en vis, 3) sociale verschillen, zoals Grotere groepsgrootte en meer uitgewerkte sociale netwerken onder de moderne mens, en 4) demografische factoren, mogelijk met inbegrip van verschillen in geboorte-en sterftecijfers of tussengeboorteintervallen van de twee soorten (zie referenties in Harvati 2007). Er zijn inderdaad belangrijke verschillen gevonden tussen Neanderthalers en moderne mensen in hun levensgeschiedenis en Demografie, waaronder snellere groei en mogelijk kortere levensverwachting bij Neanderthalers (zie Harvati 2007, Smith et al. 2010), evenals een veel hogere bevolkingsdichtheid onder de moderne mensen in het bovenste Paleolithicum vergeleken met Neanderthalers (Mellars & French 2011).
de relevantie van het klimaat in dit debat werd tot voor kort verdisconteerd, omdat Neanderthalers verdwenen in Zuurstofisotoopfase 3 (OIS 3) toen de omstandigheden als relatief stabiel werden beschouwd (Stringer et al. 2003). Sommige recente hypothesen beschouwen de instabiliteit van het klimaat gedurende de millennia die zich tot het laatste glaciale maximum opbouwden als een drijvende kracht bij het uitsterven van de Neanderthalers. Een model stelt dat habitatdegradatie en fragmentatie in het Neanderthaler Territorium lang voor de komst van de moderne mens plaatsvond, en dat dit leidde tot de decimering en uiteindelijke verdwijning van de Neanderthaler populaties. In deze visie zou de moderne mens zijn aangekomen in gebieden die voorheen werden bezet door Neanderthalers nadat deze al waren uitgestorven, en de twee soorten zouden elkaar nooit hebben ontmoet in Europa (Finlayson 2000). Een vergelijkbaar model beschouwt de Neanderthaler ondergang als slechts een van de vele late Pleistoceen megafauna uitstervingen veroorzaakt door het verlies van een omgeving zonder moderne analoog (Stewart 2005). De steun voor een significant klimaateffect komt van recente gedetailleerde paleoklimatische gegevens, volgens welke OIS 3 werd gedomineerd door veel onstabielere klimatologische omstandigheden dan eerder werd gedacht (van Andel & Davies, 2003) en kan zijn neergeslagen door ongewoon intense vulkanische activiteit (Golovanova et al. 2010). Modellering van klimatologische stress (gedefinieerd als de indirecte effecten van omgevingsverandering) op basis van deze nieuwe gegevens vond twee stresspieken op ~65 en ~30 ka, de tweede lijkt langer en ernstiger dan de eerste, en mogelijk gerelateerd aan de Neanderthaler uitsterven (Stringer et al. 2003). Dit kan zijn neergeslagen door de coeval uitbarsting. Maar omdat de neanderthalers de vorige koude fasen hadden overleefd, is het moeilijk om klimaatverandering als enige reden voor hun ondergang te accepteren. Bovendien is er geen verband gevonden tussen de voorgestelde data voor het laatste Neanderthaler optreden en belangrijke klimatologische gebeurtenissen, wat suggereert dat Neanderthalers niet uitgestorven na een catastrofale klimatologische gebeurtenis (Tzedakis et al. 2007). Als het klimaat dus een belangrijke rol zou spelen, zou het een complexere rol spelen, misschien met een verslechtering van het milieu in combinatie met de komst van de moderne mens, en dus met een toegenomen concurrentie om beperkte hulpbronnen. In deze visie is het de interactie tussen de effecten van fluctuerende klimaat en milieu en van concurrentie met de moderne mens die zou hebben geleid tot de uiteindelijke Neanderthaler uitsterven.