Неандерталци су изумрли пре око 40.000 година. Хипотезе о узроцима изумирања укључују насиље, преношење болести са модерних људи на које Неандерталци нису имали имунитет, конкурентну замену, изумирање услед укрштања са раним модерним људским популацијама, природне катастрофе, климатске промене и инбридинг депресију. Вероватно је да је више фактора довело до нестанка већ малобројне популације.
Прелаз у горњи палеолит мини|Мапа која истиче реку Ебро у северној Шпанији|alt=Црно-бела сателитска слика Иберијског полуострва, али долина реке Ебро на граници Шпаније и Француске користи црвене до плаве боје за приказ топографије и надморске висине Изумирање Неандерталаца било је део ширег касноплеистоценског изумирања мегафауне. Без обзира на узрок изумирања, Неандерталце су заменили модерни људи, што је означено скоро потпуном заменом средњопалеолитске мустеријенске камене технологије модерном људском горњопалеолитском орињачком каменом технологијом широм Европе (прелаз из средњег у горњи палеолит) од пре 41.000 до 39.000 година. Између 44.200 и 40.600 БП, Неандерталци су нестали из северозападне Европе. Међутим, претпоставља се да су иберијски Неандерталци опстали до пре око 35.000 година, на шта указује распон датума прелазних литичких скупова — шателперон, улуцијан, протоорињакијен и рани орињак. Последња два се приписују модерним људима, али прва два имају непотврђено ауторство, потенцијално производ кохабитације неандерталаца и модерних људи и културне трансмисије. Даље, појава орињака јужно од реке Ебро датирана је на отприлике пре 37.500 година, што је подстакло хипотезу о „Ебро граници” која тврди да је река представљала географску баријеру која је спречавала имиграцију модерних људи и тиме продужила опстанак Неандерталаца. Међутим, датирање иберијског прелаза је спорно, са оспореним временом од пре 43.000–40.800 година у Куева Бајондиљо, Шпанија. Шателперон се појављује у североисточној Иберији пре око 42.500–41.600 година.
Неки фосили неандерталаца датирани су много касније — као они пронађени у Зафараји (пре 30.000 година) и Горамове пећине (пре 28.000 година) — што може бити нетачно јер су засновани на двосмисленим артефактима уместо на директном датирању. Тврдња о опстанку Неандерталаца у поларном уточишту на Уралу слабо је подржана мустеријенским каменим оруђем датираним на пре 34.000 година са северносибирског локалитета Бизоваја, у време када модерни људи можда још нису населили северне крајеве Европе; међутим, остаци модерних људи познати су са оближњег локалитета Мамонтоваја Курја датирани на пре 40.000 година. Индиректно датирање остатака Неандерталаца из Мезмајске пећине дало је датум од око 30.000 година, али директно датирање је уместо тога дало 39.700±1.100 година, што је више у складу са трендовима у остатку Европе.
мини|upright=1.35|Бохуницијенски стругачи у Моравском музеју, Чешка Република Најранији показатељ горњопалеолитске имиграције модерних људи у Европу је низ зуба модерних људи са каменим оруђем неронске индустрије пронађеним у Мандрин пећини, Малатаверн у Француској, датиран 2022. године на између 56.800 и 51.700 година. Најраније кости у Европи датирају од пре око 45–43.000 година у Бугарској, Италији, и Британији. Овај талас модерних људи заменио је Неандерталце. Међутим, Неандерталци и H. sapiens имају много дужу историју контакта. ДНК докази указују на контакт H. sapiens са Неандерталцима и примесе још пре 120–100.000 година.
Могући узроци изумирања Насиље Кванг Хјун Ко разматра могућност да је изумирање Неандерталаца било подстакнуто или убрзано насилним сукобом са Homo sapiens. Насиље у раним ловачко-сакупљачким друштвима обично се јављало као резултат надметања за ресурсе након природних катастрофа. Стога је вероватно претпоставити да би се насиље, укључујући праисторијско ратовање, дешавало између две људске врсте. Француски палеонтолог Марселин Бул (прва особа која је објавила анализу Неандерталца) 1912. годинеBoule, M 1920, Les hommes fossiles, Masson, Paris. често се цитира због популарисања бруталне слике Неандерталаца. Иако није измислио идеју о сукобу, Булова специфична, погрешна морфолошка анализа — заснована на скелету са тешким артритисом — учврстила је слику Неандерталца као неинтелигентног, насилног или мајмуноликог створења које је заслужило да га замене модерни људи. Идеја да су Неандерталци били насилна, засебна врста инфериорна модерним људима настала је раније, нарочито код Вилијама Кинга (1864), након првог налаза у Неандерталској долини (1856), који је именовао Homo neanderthalensis и одмах упоредио врсту са Homo sapiens и поставио је ниско на еволуционој лествици, имплицирајући хијерархијску супериорност модерних људи. Појам насилне замене био је укорењен у колонијалној идеологији 19. века, социјалдарвинизму и раним еволуционим теоријама које су посматрале изумирање као природну последицу надметања између супериорног и инфериорног.
Паразити и патогени Хипотетизовани дуги период релативно стабилне границе на Блиском истоку између Неандерталаца и модерних људи могао је бити последица генетске адаптације сваке врсте на азијске, односно афричке заразне болести. Граница би била избрисана еволуцијом и паразита и домаћина, укључујући трансфер гена између хомининских популација, омогућавајући модерним људима да се прошире из Африке.
Инфективне болести које су носили Homo sapiens могле су прећи на Неандерталце, који би имали слабу заштиту од инфекција којима раније нису били изложени, што би довело до разорних последица по неандерталске популације. Homo sapiens су можда били мање рањиви на неандерталске болести, делимично зато што су еволуирали да се носе са далеко већим оптерећењем болести у тропима и стога били способнији да се изборе са новим патогенима, а делимично зато што су веће бројности Homo sapiens значиле да би чак и разорне епидемије оставиле довољно преживелих за одрживу популацију.
Ако су вируси могли лако да прескачу између ове две сличне врсте, вероватно зато што су живели близу, Homo sapiens су могли заразити Неандерталце и спречити да епидемија изумре како је број Неандерталаца опадао. Исти процес може објаснити и отпорност Homo sapiens на неандерталске болести и паразите. Нове људске болести су се вероватно кретале из Африке у Евроазију. Ова наводна „афричка предност” задржала се до пољопривредне револуције пре 10.000 година у Евроазији, након чега су припитомљене животиње надмашиле друге примате као најзаступљенији извор нових људских инфекција, замењујући „афричку предност” „евроазијском предношћу”. Катастрофалан утицај евроазијских вируса на америчке домородачке популације у историјској прошлости даје представу о томе како су модерни људи могли утицати на претходне хомининске групе у Евроазији пре 40.000 година. Људски и неандерталски геноми и адаптације на болести или паразите могу дати увид у ово.
У Новој Гвинеји крајем 20. века, због канибалистичких погребних пракси, народ Форе је десеткован трансмисивним спонгиформним енцефалопатијама, посебно куруом, високо вирулентном болешћу која се шири конзумирањем приона из можданог ткива. Међутим, појединци са 129 варијантом ПРНП гена били су природно имуни на прионе. Проучавање овог гена довело је до открића да је 129 варијанта широко распрострањена међу свим модерним људима, што би могло указивати на распрострањени канибализам у неком тренутку људске праисторије. Пошто се зна да су Неандерталци у одређеној мери практиковали канибализам и да су коегзистирали са модерним људима, британски палеоантрополог Сајмон Андердаун спекулише да су модерни људи пренели куруу сличну спонгиформну болест на Неандерталце и, пошто се чини да 129 варијанта није постојала код Неандерталаца, брзо их је убила.
Конкурентна замена мини|180px|Лобања сапијенса и неандерталца
Недостаци специфични за врсту
Мала конкурентна предност на страни модерних људи могла је објаснити опадање Неандерталаца на временској скали од хиљада година.
Генерално мала и широко распршена налазишта фосила сугеришу да су Неандерталци живели у мање бројним и социјално изолованијим групама од тадашњих Homo sapiens. Оруђа попут мустеријенских камених одбитака и левалоа шиљака су изузетно софистицирана од самог почетка, али имају спору стопу варијабилности и општа технолошка инертност је приметна током целог фосилног периода. Артефакти су утилитарне природе, а симболичке особине понашања нису документоване пре доласка модерних људи у Европу пре око 40.000 до 35.000 година.
Приметне морфолошке разлике у облику лобање између ове две људске врсте такође имају когнитивне импликације. Оне укључују мање паријеталне режњеве и малог мозга код Неандерталаца, подручја умешаних у употребу оруђа, визуелно-просторну интеграцију, нумеричност, креативност, и концептуализацију вишег реда. Разлике, иако мале, биле би вероватно довољне да утичу на природну селекцију и могу лежати у основи и објашњавати разлике у друштвеном понашању, технолошким иновацијама и уметничком стваралаштву.
Џаред Дајмонд, заговорник конкурентне замене, у својој књизи Трећи шимпанза истиче да је замена Неандерталаца модерним људима упоредива са обрасцима понашања који се јављају кад год се људи са напредном технологијом сукобе са људима са мање развијеном технологијом.Diamond, J. (1992). ,
Подела рада Године 2006. претпостављено је да је неандерталска подела рада између полова била мање развијена него код средњопалеолитских Homo sapiens. И мушки и женски Неандерталци учествовали су у једној делатности — лову на крупну дивљач, попут бизона, јелена, газела и дивљих коња. Ова хипотеза предлаже да је релативни недостатак поделе рада код Неандерталаца резултирао мање ефикасним искоришћавањем ресурса из околине у поређењу са Homo sapiens.
Анатомске разлике и способност трчања Истраживачи попут Карен Л. Штојдел са Универзитета Висконсин истакли су везу између анатомије Неандерталаца (нижи и здепастији од модерних људи) и способности трчања и потребе за енергијом (30% више).
Ипак, у недавној студији, истраживачи Мартин Хора и Владимир Сладек са Карловог универзитета у Прагу показују да конфигурација доњих екстремитета Неандерталаца, посебно комбинација робусних колена, дугих пета и кратких потколеница, повећава ефективну механичку предност екстензора колена и скочног зглоба, чиме се значајно смањује потребна сила и утрошена енергија за кретање. Трошак ходања мушког Неандерталца сада се процењује на 8–12% већи него код анатомски модерних мушкараца, док се трошак ходања женке Неандерталца сматра готово једнаким оном код анатомски модерних жена.
Други истраживачи, попут Јоела Рака са Универзитета Тел Авив у Израелу, приметили су да фосилни записи показују да су неандерталске карлице у поређењу са карлицама модерних људи знатно отежавале Неандерталцима да апсорбују ударце и одскачу од корака до корака, дајући модерним људима још једну предност у трчању и ходању. Међутим, Рак такође примећује да су сви архаични људи имали широке карлице, што указује да је то морфологија предака и да су модерни људи прошли кроз помак ка ужим карлицама у касном плеистоцену.
Модерни људи и савез са псима Пет Шипман тврди да је припитомљавање пса дало модерним људима предност у лову. Пси који припадају линији модерног Canis familiaris пронађени су у Белгији (31.700 БП) и у Сибиру (33.000 БП).
Преглед раних налазишта модерних људи и Неандерталаца са фаунистичким остацима широм Шпаније, Португала и Француске пружио је увид у то шта су модерни људи и Неандерталци јели. Зец је постајао све чешћи, док су крупни сисари — главне ставке у исхрани Неандерталаца — постајали све ређи.
Укрштање