Die Altsteinzeit wird gewöhnlich in drei Perioden unterteilt, das Altpaläolithikum, das Mittelpaläolithikum und das Jungpaläolithikum. Innerhalb dieser Perioden unterscheidet man zusätzlich bestimmte archäologische Kulturen, die primär durch die für die jeweiligen Zeitstufen charakteristischen Werkzeuge abgegrenzt werden und gleichzeitig kulturelle Entwicklungsstufen der Menschheit darstellen. Diese Kulturen sind in geowissenschaftlicher Tradition meist nach den ersten Fundorten des jeweiligen Zeitabschnitts benannt, z. B. Oldowan (s. u.). Die chronologische Ordnung und Abfolge der in dem folgenden dargestellten Abfolge dieser Kulturen lässt sich nicht global übertragen. Sie trifft aber auf Mitteleuropa zu, wo die längste Forschungstradition herrscht:

• Altpaläolithikum oder Early Stone Age
  • Oldowan, charakterisiert durch Gerölle mit Schneide, ab ungefähr 2,5 Millionen Jahren
  • Acheuléen, charakterisiert durch feiner gearbeitete Faustkeile, zunächst in Afrika, vor ungefähr 1,5 Mio Jahren, ab etwa 1 Million Jahre auch in Europa. Mit der Herstellung der ersten Steingeräte werden meist frühe Menschenformen wie Homo ergaster, Homo erectus und Homo heidelbergensis in Verbindung gebracht.

• Mittelpaläolithikum oder Middle Stone Age
  Zeit des Neandertalers. Levalloistechnik. Aus dieser Zeit stammen die ältesten erhaltenen Holzwaffen (Wurfspeere und Wurfhölzer), z. B. Schöningen.
  • Moustérien, ungefähr 200 Tausend v. Chr. bis 40 Tausend v. Chr., das durch sehr fein gearbeitete Werkstücke in zahlreichen, auf die Funktion hin gestalteten Formen charakterisiert ist. Typisch sind fein ausgebildete Sägeklingen. Um 40 Tausend erste Funde des anatomisch modernen Menschen Homo sapiens sapiens neben dem Neandertaler (Homo sapiens neanderthalensis).
  • Micoquien, ungefähr 130 Tausend v. Chr. bis 70 Tausend v. Chr., Technik mit asymmetrischen Faustkeilen

• Jungpaläolithikum (Europa):
  • Aurignacien bis ungefähr 28 Tausend v. Chr.
  • Châtelperronien bis ungefähr 34 Tausend v. Chr. (regional eingeschränkt, Frankreich und Nordspanien)
  • Gravettien von ungefähr 28 Tausend v. Chr. bis ungefähr 21 Tausend v.Chr. Erstes Auftreten von Venus-Figuren.
  • Solutréen von ungefähr 22 Tausend v. Chr. bis ungefähr 18 Tausend v. Chr.
  • Magdalénien von ungefähr 18 Tausend v. Chr. bis ungefähr 12 Tausend v. Chr. Erste Höhlenmalereien; Knochenpfeife in Gudenushöhle.

Siehe auch: Urgeschichte - Mensch - Löwenmensch - Venus von Willendorf