I materiali delle culture paleolitiche coprono un arco di tempo molto ampio, da circa 400 mila a 10 mila anni fa. Poche aree italiane hanno fornito, come il Finalese, tante testimonianze delle diverse specie umane, dedite alla caccia e alla raccolta di vegetali spontanei e frutti, vissuti in Europa tra il Paleolitico inferiore e quello superiore. Nelle vetrine del Museo è possibile percorrere per intero la lenta evoluzione della tecnica di scheggiatura della pietra, che queste popolazioni impiegarono per la realizzazione di una strumentazione sempre più complessa, indispensabile per le attività quotidiane e la sopravvivenza. I bifacciali provenienti da siti all’aperto dell’Altopiano delle Mànie e dalla Caverna delle Fate, costituiscono eccezionali reperti dell’Homo heidelbergensis del Paleolitico inferiore (350mila-120mila anni fa).

Dagli stessi siti provengono anche importanti testimonianze della specie umana successiva, l’Uomo di Neandertal con la sua cultura musteriana, vissuto nel corso del Paleolitico medio (120mila-38mila anni fa). Preziose tracce di questo nostro antenato sono state restituite dall’Arma delle Mànie e dalla Caverna delle Fate, che ha conservato i resti ossei di almeno cinque individui, sia bambini che adulti. Tali resti, esempi finora unici nel panorama archeologico dell’Italia settentrionale, sono espressione di un ambiente assai diverso da quello attuale: l'Uomo di Neandertal visse in periodi climaticamente più freddi, accanto ad un grande predatore come l’orso delle caverne, di cui è esposta la ricostruzione completa dello scheletro di un grande esemplare e l'ambientazione in scala reale di un esemplare all'interno di una grotta.

Durante l’ultima grande glaciazione, che segnò l’estinzione dell’Uomo di Neandertal, nel Paleolitico superiore compare l’Uomo moderno (38mila anni fa), il nostro più immediato progenitore. Oltre che per la sempre più raffinata produzione di strumenti in pietra scheggiata, questo nostro antenato ci è noto grazie al ritrovamento di importanti sepolture. Dalla Caverna delle Arene Candide provengono, infatti, eccezionali esempi di inumazioni. Prima fra tutte quella del “Giovane Principe” (24mila anni fa), di cui è esposto in museo un calco che riproduce il momento della sua scoperta. Questa sepoltura è così chiamata per il ricco insieme di oggetti che accompagnò il ragazzo nell'aldilà: un copricapo di conchiglie, quattro bastoni forati ricavati da palchi d’alce, una grande lama di selce stretta in una mano, vari ornamenti in avorio di mammut. Altre tombe delle ultime fasi del Paleolitico, datate a 10400 anni fa, forniscono altrettante interessanti informazioni su queste antiche culture, come nel caso della sepoltura di un bambino, che al momento della morte venne inumato su un letto di ocra rossa e forse coperto da un mantello costituito da code di scoiattolo. Un affascinante ritrovamento che ci restituisce una suggestiva immagine della ritualità di queste genti.