O método arqueológico, ao estudar a pré-história brasileira, enfrenta desafios específicos: a ausência de escrita torna os vestígios materiais e ambientais o principal meio de reconstrução; a datação dos sítios é frequentemente objeto de debate (como ocorre com a Pedra Furada, no Piauí, onde há controvérsias sobre ocupações muito antigas).

A periodização tradicional em termos de Paleolítico, Mesolítico e Neolítico é pouco adequada ao contexto americano e brasileiro, de modo que muitos arqueólogos preferem as divisões históricas de Pleistoceno (ocupações iniciais) e Holoceno (desenvolvimentos pós-glaciais), subdividindo-o em civilização antiga, média e tardia.

A partir dessa evolução tecnológica e ecológica, algumas sociedades indígenas exibem indícios de hierarquização social, especialização produtiva e controle territorial mais intenso — sobretudo na Amazônia, onde o conceito de "cacicados complexos" tem sido utilizado para descrever grupos que construíram cerâmicas finas, organizaram redes de assentamentos nos terraços fluviais e potencialmente exerceram domínios sobre territórios mais amplos.

Com o decorrer do Holoceno e o estabelecimento de condições mais estáveis de clima e de vegetação, surgem no litoral brasileiro os chamados sambaquis, espessas acumulações de conchas de moluscos, ossadas humanas, artefatos líticos e cerâmicos, formadas por sucessivas gerações de comunidades de subsistência costeira.