尼安德特人身高1.5~1.6米。颅骨容量为1200~1750 cm3。现代人的则为1400~1600cm3。身体的特征为，额头平扁(就是说眉弓到发际线的距离比现代人短得多)。具有枕外隆凸上小凹。下颌骨大，在下颌枝与臼齿之间有比较大的空隙。门齿和犬齿特别大可能有特殊的功用，许多尼人门齿呈铲形。许多牙齿发育不良。没有颏隆突。体骨粗壮，估计身高150厘米以上。四肢骨短，粗壮，稍弯，小腿，前臂的比例小，手和手指也短。原先以为头向前倾。这是由于对拉沙拜尔头骨的枕骨大孔的错误复原所致。牙齿发育不良和身材短可能可能由于营养不良。有着耐寒的体格，具体就是肱骨与尺挠骨的比例，以及股骨与胫骨腓骨的比例比现代人大，这是典型的适应寒冷气候的解剖特征。他们生活在欧洲，肤色可能是浅色的。
由于身体较矮，脊椎的弯曲也不明显，因此他们很可能是弯着腰走路，跑步时身体略微朝向地面。尼安德特人头骨的特征是：前额低而倾斜，好像向后溜的样子，眉峰骨向前突出很多，在眼眶上形成整片的眉脊。尼安德特人使用较为进步的打制石器，过着狩猎和采集的生活。这表明，当时的人类在同大自然界的斗争中，自身已有了较大的发展。
根据对典型尼安德特人如圣沙拜尔人、费拉西人、肯纳人、阿木德人和塔邦人的观察，总结出尼安德特人的主要特征有：头骨低长和眉脊发达近似于直立人，但其枕骨较为圆隆，不似直立人的明显的呈角状转折。脑量略大于现代人的平均值，但绝不意味尼安德特人的智力高于现代人，而可能与尼安德特人的肌肉较为结实有关。尼安德特人的面部较为特别，中面部尤其是鼻部明显向前突出，许多人解释为这是对寒冷气候的适应。尼安德特人的牙齿的位置非常居前，以至于第三臼齿与下颌支之间出现较阔的间隙。颧骨倾斜地向后转折，而非现代人之“高颧骨”那样的角度。肢骨比现代人粗壮，关节面大，反映了尼安德特人庞大的身体结构和厚实的肌肉。现代的研究表明，尼安德特人的大腿和前臂呈略呈弓形的弯曲，但其步态仍类似于现代人，而非过去步勒所说的弯腰、屈膝和用脚外缘着地的姿势。