La calota de un ejemplar encontrado en 1856 en la cueva de Feldhofer, en el valle de Neander, cerca de Dusseldorf, Alemania, le dio su nombre a esta especie.

Los Neandertales se caracterizan por ciertos rasgos anatómicos; en el cráneo, prognatismo facial, proyección nasal, doble torus supraorbital arqueado, forma craneal en norma lateral abombado, protuberancia occipital, proceso mastoides pequeño; en el esqueleto poscraneal, robusto, con fuertes inserciones musculares, piernas curvadas y corta estatura (169 cm para los machos y 160 cm para las hembras). El peso estimado es de 78 kg para los machos y 66 kg para las hembras; presentan un gran volumen toráxico. Se piensa que estas características son una adaptación a un clima más frío y a una gran actividad, como la caza, aunque se ha demostrado que en realidad eran carroñeros. Los altos niveles de estrés y traumas en los huesos no les permitían sobrevivir hasta edades avanzadas. Por la morfología del hueso hiodes, se llegó a pensar que el Neandertal tenía la capacidad de hablar, pero la base del cráneo masculino muestra que no podía pronunciar las vocales, por lo que aún es controvertido sostener esa hipótesis.