Les grottes sont situées sur le versant occidental du mont Carmel, à une vingtaine de kilomètres au sud de Hàifa, à l'endroit où le Nahal Mearot (vallon des grottes) débouche dans la plaine côtière. Elles firent pour la première fois l'objet de fouilles dans les années 1920 et 1930. Puis, de nouvelles fouilles furent organisées à partir de la fin des années 1960, en utilisant des méthodes scientifiques de pointe se fondant sur la recherche moderne en géologie, en archéologie et en palynologie (étude paléontologique du pollen, des fossiles, etc.).
Les outils de silex, les ossements d'animaux et les sépultures humaines découverts dans les grottes du Carmel contribuent considérablement à la compréhension de l'évolution matérielle et culturelle de l'homme dans les premières phases de son existence.
La grotte du Taboun (grotte du four)
La grotte du Taboun fut habitée par intermittence pendant le paléolithique inférieur (il y a 500 000 ans) et moyen (il y a environ 40 000 ans). Au cours de cette période extrêmement longue, des dépôts de sable, de limon et d'argile d'une épaisseur de près de 25 mètres s'accumulèrent dans la grotte. Les fouilles ont montré qu'il s'agissait là de l'occupation humaine la plus longue du Levant.
Les premiers dépôts contenaient d'énormes quantités de sable marin qui, avec les traces de pollen retrouvées, permettent de penser que le climat était relativement chaud. La fonte des glaciers qui couvraient de grandes parties du globe provoqua l'élévation du niveau de la mer et un recul du littoral méditerranéen. La plaine côtière était plus étroite qu'aujourd'hui et recouverte de savane.
Les habitants des grottes utilisaient des haches de silex ou de calcaire pour tuer des animaux (gazelles, hippopotames, rhinocéros et bétail sauvage qui parcouraient la plaine côtière) et pour extraire les racines des plantes. Les outils furent lentement améliorés pendant plusieurs dizaines de milliers d'années. Les haches devinrent plus petites et mieux travaillées, et les grattoirs, constitués d'épais éclats de métal taillés dans le coeur des silex, étaient probablement utilisés pour détacher la viande des os et pour traiter les peaux de bêtes.
Les niveaux supérieurs de la grotte du Taboun sont constitués principalement par de l'argile et du limon, indiquant qu'un climat plus frais et plus humide prévalait lorsque les glaciers se reformèrent, provoquant ainsi un abaissement du niveau de la Méditerranée d'une centaine de mètres, jusqu'à son niveau actuel. La bande côtière, plus large, était couverte de marécages et de forêts denses.
Les vestiges de matériaux de la couche supérieure retrouvés dans la grotte du Taboun appartiennent à la culture moustérienne (il y a environ 200 000 à 45 000 ans). De petits outils en silex, produits à partir de fins éclats, prédominent ici, dont plusieurs ont été fabriqués selon la technique Levallois : une méthode de taille minutieuse du coeur du silex avant que la forme souhaitée de l'éclat ne soit obtenue. Entre autres outils caractéristiques de cette période, citons les poinçons, les éclats de différentes formes utilisés comme grattoirs, les extrémités de grattoirs et de nombreux outils dentés servant à découper et à scier.
Le régime alimentaire des hommes qui fabriquèrent et utilisèrent ces outils consistait en fruits, graines, racines et feuilles complétés par de la viande de gazelle, de daim, de chevreuil et de sanglier. L'importante quantité d'os de daims retrouvés dans les couches supérieures de la grotte du Taboun s'explique peut-être par l'ouverture en forme de cheminée située à l'arrière de la grotte et qui fonctionnait comme une trappe naturelle. Les animaux y étaient probablement dirigés et tombaient dans la grotte où ils étaient abattus.
La grotte du Taboun contient la sépulture d'une femme typique du Néanderthal, datant d'il y a environ 120 000 ans. C'est l'un des squelettes humains les plus anciens retrouvés en Israël.
La grotte de Skhul (grotte des enfants)
Un grand nombre de sépultures datant approximativement de la même époque ont été retrouvées dans cette grotte voisine. Quatorze squelettes ont été exhumés, dont trois étaient entiers ; ils ont été identifiés comme un type archaïque de l'Homo sapiens, très proches des êtres humains contemporains par leur apparence physique. On estime que cet humain aux traits faciaux délicats, au menton proéminent et au front droit, était pleinement développé il y a environ 100 000 ans. Les découvertes dans ces grottes montrent également des signes de culte mortuaire et de rituels relevant du domaine spirituel.
Les découvertes effectuées dans cette grotte revêtent une importance capitale pour la recherche anthropologique préhistorique sur le développement de l'espèce humaine. La théorie selon laquelle l'Homo sapiens n'aurait pas évolué à partir de l'homme de Néanderthal mais que tous deux étaient des contemporains, est de plus en plus acceptée : l'homme de Néanderthal était en voie d'extinction lorsque l'Homo sapiens évoluait pour donner la race humaine moderne.
La grotte d'El-Wad (grotte de la vallée)
C'est la grotte la plus spacieuse du mont Carmel. Les couches accumulées apportent des témoignages de présence humaine depuis la fin de l'occupation de la grotte du Taboun (il y a environ 45 000 ans).
D'importantes découvertes effectuées dans cette grotte datent de la culture natufienne (10 500 à 8 500 avant l'ère chrétienne), une culture hautement développée par rapport à celle qui lui précéda. Elle indique le passage de la culture paléolithique à la culture néolithique, de la collecte de végétaux et de la chasse à la culture de plantes et la domestication des animaux. Au cours de cette période - la fin de l'époque glaciaire - le niveau de la mer Méditerranée s'éleva à nouveau et le tracé de la côte se stabilisa pour présenter à peu près son aspect actuel. La plaine côtière devint plus étroite et se couvrit de forêts clairsemées et de prairies, des marécages occupant les régions basses. Le nombre des espèces animales avait décliné et il restait principalement des gazelles et du bétail sauvage.
Les habitants de la grotte d'El-Wad utilisaient aussi bien la grotte que la grande terrasse qui s'étendait à l'avant. On estime que l'habitat devait être permanent, une particularité remarquable par rapport au mode de vie antérieur dans les grottes. Il consistait en quelques familles vivant dans un village de tentes qui servait de point de départ pour les expéditions de chasse et la recherche de nourriture.
Les outils de silex natufiens, très petits et très délicats, sont d'excellente qualité et soigneusement retouchés. Ces microlithes étaient principalement des grattoirs servant à traiter les peaux d'animaux, des poinçons pour le travail du bois et des os, des alênes pour percer des pierres utilisées pour la pêche, des peaux et perles décoratives, des lames pour découper la viande et scier les os, et des lames de faucille (attachées à des manches en bois ou en os) pour récolter les céréales (lesquelles laissent un éclat caractéristique sur le bord des lames). On trouve aussi des microlithes en forme de croissant, utilisés comme pointes de flèche dans les harpons et les hameçons, ainsi que des outils plus grands fabriqués à partir de gros morceaux de silex pour fendre les os et les coquilles dures. Des outils servant à moudre, des mortiers et des pilons de pierre servaient à préparer la nourriture.
Sur la terrasse située devant la grotte, plus d'une centaine de sépultures humaines ont été découvertes. Les morts étaient enterrés en position repliée, certains avec des ornements de pierre, d'os ou de coquillage. Le grand nombre de squelettes a permis aux anthropologues d'étudier les caractéristiques physiques de cette population. La taille moyenne oscillait entre 1,58 et 1,65 mètres, les crânes étaient relativement grands avec des fronts larges et plutôt bas, typiques des populations de cette époque dans l'est du bassin méditerranéen.
La grotte d'El-Wad est à présent ouverte au public et les visiteurs peuvent apprécier les nombreuses découvertes préhistoriques et leur place dans l'évolution de la race humaine.
Les fouilles de la grotte du Taboun furent effectuées de 1969 à 1971 par A. J. Jellinek de l'Université de l'Arizona et, depuis 1971, sous la direction de A. Ronen de l'Université de Haïfa.
Dans la grotte de El-Wad, les fouilles ont été réalisées par F. Falla de la Mission archéologique française à Jérusalem et par 0. Bar Yossef de l'Université hébraïque de Jérusalem (1980-81), et depuis 1980 par M. Weinstein-Evron pour le compte de l'Université de Haïfa.