Data ostatniego pojawienia się neandertalczyków jest powszechnie podawana jako ok. 30 tysięcy lat temu (ka). Data ta następuje po pojawieniu się współczesnych ludzi w Europie przez kilka tysiącleci, ale nasze zrozumienie dokładnego czasu i czasu trwania tego interwału jest przesłaniane przez ograniczenia naszych metod datowania. Na przykład szczyty produkcji radiowęglowej w atmosferze w tym czasie powodują duży stopień niepewności w odpowiednich datach radiowęglowych (Conard & Bolus 2008). Te dwa gatunki mogły współistnieć w Europie do dziesięciu tysiącleci i być może spotkały się w tym czasie, chociaż czas trwania tego współistnienia jest dyskutowany, podobnie jak kontakt między nimi (np. Finlayson 2000, Pinhasi et al. 2011). Pytanie o to, co mogło się wydarzyć podczas tych spotkań i jaką rolę mógł odegrać wczesny współczesny człowiek w wymarciu neandertalczyków, było przedmiotem intensywnej dyskusji i centralnym punktem badań neandertalczyków.
zniknięcie neandertalczyka jest postrzegane przez niektórych jako prawdziwe wymieranie. Inni twierdzą jednak, że neandertalczycy nie wyginęli, lecz zostali zasymilowani do współczesnej puli genowej człowieka. Zapis kopalny jest niejednoznaczny w tym punkcie: kilka europejskich górnego paleolitu współczesnych okazów ludzkich zostało zaproponowanych jako potencjalne hybrydy Neandertalsko-współczesne, ale ta interpretacja została zakwestionowana(np. patrz Smith 2005, Harvati et al. 2007). Analiza neandertalczyka i górnego paleolitu współczesnego ludzkiego mitochondrialnego DNA nie wskazuje na krzyżowanie (np. 2011). Jednak ostatnie badania nad nuklearnym DNA neandertalczyka znalazły dowody na ograniczoną domieszkę: niewielka część (do ~4%) genomów dotychczas badanych nie-Afrykanów może pochodzić od neandertalczyków, co sugeruje, że krzyżowanie prawdopodobnie miało miejsce na Bliskim Wschodzie podczas najwcześniejszego rozproszenia współczesnych ludzi z Afryki, ale przed ich przybyciem do Europy (Green et al. 2010). Modelowanie demograficzne domieszki w połączeniu z ekspansją terytorialną wskazuje jednak, że ten poziom introgresji byłby wytwarzany przy bardzo niskim (et al. 2010), przedwczesne jest stwierdzenie, że obserwowany obecnie poziom domieszki stanowi asymilację. Niezależnie od tego niewielkiego wkładu we współczesną pulę genów ludzkich, populacje neandertalczyków w całej Europie zniknęły nagle w zapisie kopalnym i zaproponowano kilka scenariuszy, aby uwzględnić tę obserwację. Większość powołuje się na pewien stopień konkurencji, bezpośredniej lub pośredniej, ze współczesnymi ludźmi lub alternatywnie, pogarszającymi się warunkami środowiskowymi, jako głównymi czynnikami.
hipotezy opowiadające się za konkurencją zaproponowały kilka możliwych przewag konkurencyjnych współczesnego człowieka. Obejmują one postęp technologiczny, taki jak 1) lepsza odzież i schronienie, 2) ulepszone techniki łowieckie i bardziej zróżnicowane strategie utrzymania, które obejmowały konsumpcję ptaków i ryb, 3) różnice społeczne, takie jak większa liczba grup i bardziej rozbudowane sieci społecznościowe wśród współczesnych ludzi, oraz 4) czynniki demograficzne, prawdopodobnie w tym różnice w wskaźnikach urodzeń i śmiertelności lub odstępach między narodzinami tych dwóch gatunków (zob. odniesienia w Harvati 2007). Rzeczywiście stwierdzono istotne różnice między neandertalczykami a współczesnymi ludźmi w ich historii życia i demografii, w tym szybszy wzrost i ewentualnie krótsza średnia długość życia u neandertalczyków (patrz Harvati 2007, Smith et al. 2010), a także o wiele większa gęstość zaludnienia wśród współczesnych ludzi górnego paleolitu w porównaniu z neandertalczykami (Mellars & French 2011).
znaczenie klimatu w tej debacie było do niedawna zdyskontowane, ponieważ neandertalczycy zniknęli w stadium izotopu tlenu 3 (OIS 3), gdy warunki uważano za stosunkowo stabilne (Stringer et al. 2003). Niektóre najnowsze hipotezy uważają jednak, że niestabilność klimatyczna w ciągu tysiącleci, aż do ostatniego maksimum lodowcowego, była siłą napędową wymierania neandertalczyków. Jeden z modeli postuluje, że degradacja siedlisk i fragmentacja miały miejsce na terytorium neandertalczyków na długo przed przybyciem współczesnych ludzi oraz że doprowadziło to do zdziesiątkowania i ostatecznego zaniku populacji neandertalczyków. Według tego poglądu współcześni ludzie przybywaliby na obszary wcześniej zajmowane przez neandertalczyków po tym, jak ci ostatni już wyginęli, a oba gatunki nigdy nie spotkałyby się w Europie (Finlayson 2000). Podobny model uznaje zgon neandertalczyka za tylko jeden z wielu wymierania megafauny późnego plejstocenu spowodowanego utratą środowiska bez nowoczesnego analogu (Stewart 2005). Poparcie dla znaczącego efektu klimatycznego pochodzi z ostatnich szczegółowych zapisów paleoklimatycznych, zgodnie z którymi OIS 3 był zdominowany przez znacznie bardziej niestabilne warunki klimatyczne niż wcześniej sądzono (van Andel & Davies, 2003) i mógł być wytrącony przez niezwykle intensywną aktywność wulkaniczną (Golovanova et al. 2010). Modelowanie stresu klimatycznego (zdefiniowanego jako pośrednie skutki zmian środowiskowych) w oparciu o te nowe dane wykazało dwa szczyty stresu przy ~65 i ~30 ka, drugi wydaje się być bardziej długotrwały i dotkliwy niż pierwszy i prawdopodobnie związany z wyginięciem neandertalczyka (Stringer et al. 2003). Mogło to być spowodowane erupcją coeval. Ponieważ jednak neandertalczycy przetrwali poprzednie zimne fazy, trudno jest zaakceptować zmiany klimatyczne jako jedyny powód ich upadku. Ponadto nie znaleziono żadnego związku między proponowanymi datami ostatniego pojawienia się neandertalczyka a ważnymi wydarzeniami klimatycznymi, co sugeruje, że neandertalczycy nie wyginęli po katastrofalnym wydarzeniu klimatycznym(Tzedakis et al. 2007). Jeśli klimat odegrałby znaczącą rolę, byłby bardziej złożony, być może z pogorszeniem stanu środowiska w połączeniu z pojawieniem się współczesnych ludzi, a zatem ze zwiększoną konkurencją o ograniczone zasoby. W tym ujęciu to właśnie interakcja między wpływem zmiennego klimatu i środowiska oraz współzawodnictwo ze współczesnymi ludźmi doprowadziłoby do ostatecznego wymarcia neandertalczyków.