山顶洞发掘出来的人类化石包括完整的颅骨3件、残颅骨片3块、下颌骨4件、下颌残片3块、零星牙齿数十枚、脊椎骨若干件、桡骨1段、股骨1段、髌骨1段、跖骨1根，这些化石材料均在日本侵华战争中丢失。

山顶洞人头骨已经与现代人头骨没有什么区别，其脑量在1300毫升—1500毫升之间，在现代人脑量的变异之中。人类学家把山顶洞人视为早期的黄种人。

20世纪70和80年代，科学家们对山顶洞下室的文化层、下窨的堆积物和哺乳动物化石的年代用不同方法进行测定。用碳十四测定的两个数据分别为10770±360年和18870年±420年，但学者们对这两个数据的解释有所不同，有的认为后者代表的是下窨中哺乳动物的年代，前者才是山顶洞文化的年代，有的认为后者代表了整个山顶洞文化的年代，有的解释这两个数据可作为山顶洞人的上下限，还有学者认为这两个数据都代表不了山顶洞文化的年代。1989年陈铁梅等从五个山顶洞动物化石中抽取样品，用加速器质普法测定碳十四年代，其最大数据为距今32600±2000年，最小数据为13200±160年，其余三个数据均为距今2万年以上，因此陈铁梅等认为“山顶洞文化属晚更新世的晚期，上限定在3万多年，下限定为2万年左右比较合适”。