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  因為人類的史前時代沒有歷史記錄,確定史前時代材料的時期對研究史前時代非常關鍵。直到19世紀,能夠清晰確定時代的技術才發展出來。  對史前時代的瞭解主要通過史前史考古學家對史前人類的遺蹟、遺物的研究得來。除了運用考古學的方法來研究當時的文化面貌、經濟形態、社會生活和分期斷代外,同時還要結合地質學、古生物學、古人類學和民族學等學科的研究方法,來複原自然環境的變遷、人類體質的發展和社會組織的變化。現代科學技術(比如勘測、物質成分分析、基因分析等)在考古上的應用,為分期斷代提供更具體的論據。  史前時代研究和歷史研究的差異不只是在年代學上的差異而已,史前時代研究的是考古學文化的活動,而不是一些具名的民族或是個人。由於研究的是材料工藝、遺蹟及文物,而不是書面記錄,史前時代的研究物件是匿名的。也因此,史前時代研究用的一些詞語,像尼安德特人及鐵器時代都是後來才出現的,其定義有時仍會有爭議。  史前時代結束的時間是看何時開始有書寫的記錄可以做為學術研究的來源,此一時間會隨區域而不同。例如一般認為埃及的史前時代約在公元前3200年結束,但新幾內亞的史前時代要到20世紀開始才結束。歐洲的古希臘及古羅馬文化有許多書面記錄留下來,但他們鄰近的民族,像凱爾特人甚至伊特魯里亞文明文字記錄不多,其至沒有使用文字。歷史學家需設法評估他們哪一部分算是史前時代。

  石器時代指人類使用石制工具的時代,被考古學家用來表示冶金時代以前的漫長時期。這時的人類還未掌握冶煉金屬的技術,只能製造和使用各種形狀的石質器具。隨著時代前進,人類研究和製造石器的方法不斷改良。石器時代大致可以劃分為三個時代:舊石器時代、中石器時代、和新石器時代。  石器時代包含了人類進化過程中的第一次大範圍科技傳播,以及人類從東非熱帶莽原地區向世界其他地區的擴張。

  舊石器時代是石器時代的初期,時間大致在距今約二百五十萬年到約一萬年前之間。這時期中的人類經歷了從最初能夠使用工具的能人,到能夠直立行走的直立人,再到早期智人的階段。這段時期的人類以打獵和採集為主要生產活動,能夠使用加工後的骨頭、木材以及石器作為工具,主要居住在山洞中。大約在舊石器時代中期,人類初步地掌握了對火的使用,並出現了較為系統的喪葬儀式以及早期的音樂和其它藝術,以及意識形態得以發展。大約距今四十至五十萬年的時候,人類語言開始出現。人類語言的標誌是對各類事物的命名,這使得當時的人類具體了真正的表達和交流能力。

  中石器時代與新、舊石器時代文化相互重疊,約從更新世(約10000BP)末期開始,到開始有農業的時間為止,各地區的時間可能有些差異,例如近東一帶的農業在更新世之後就出現了,因此近東的中石器時代時間很短,不易定義。在一些有受到冰期影響的地方,會用Epipaleolithic表示中石器時代。  中石器時代的特色是巨大的環境和文化變化,並針對特殊環境在當地做出不同的調適。此時代的特點是細石器的製作,將細小石器鑲嵌在矛炳、骨頭、鹿角、木器,和不常見的磨光石器上。現存的藝術成品包括雕刻品和洞穴壁畫,與之前作品相比,其對人類和動物形式的描繪更為精細。

  在這個階段,初級科技和社會開始發展。這一時代的基本特徵是農業、畜牧業的產生和磨製石器、陶器、紡織的出現。隨著冶銅技術的發展,青銅時代到來,石器時代結束。“新石器時代”這個術語一般僅用於“舊大陸”,因為美洲和大洋洲的一些文化沒有成熟的金屬工具的科技。

  起源於史前時代的森林園藝多半認為是最古老的農業形態(或農業生態系統)。戈登·柴爾德認為在公元前約一萬年出現了新石器革命,開始有農業及馴養動植物。蘇美人在公元前九千五百年開始農業,在公元前七千年,在印度及祕魯的人分別開始農業,埃及的農業約在公元前千年開始,中國的農業約在公元前五千年開始,而中部美洲的農業約在公元前2700年開始。  雖然提及史前農業,多半會著重中東的肥沃月彎,但美洲、東亞及東南亞的考古學發現當地的農業系統有不同的種物及牲畜,而且可能是和中東的農業同時開始。蘇美人在公元前5500年開始有組織的耕種,在青銅和鐵取代石器在農具的應用之前,農業定居點完全受到石器的影響。在歐洲及亞洲,青銅和鐵的工具、裝飾及武器在公元前三千年開始普及。在青銅時代後,東地中海、中東及中國開始使用鐵製的工具及武器。  許多文明都是在河谷地或三角洲出現,像美索不達米亞的底格里斯河谷及幼發拉底河谷,埃及的尼羅河谷,印度次大陸的印度河盆地,以及中國的黃河及長江中下游。不過有些遊牧民族,像澳洲的原住民及南非的布什曼人,一直到近代才開始接觸農業。  農業使得在許多氣候下可以產生複雜的社會,也就是文明。國家和市場開始出現,技術提升人類駕馭自然的能力,也可以發展交通及通訊。「城市展現人類新的集中程度,大量的定居人口」。但城市依靠農村多出來的農產品「因為城市的居民無法生成他們需要的食物,......城市無法自己支援自己,......城市只能存在於有良好農業,可以提供多餘糧食的地區」。

  在舊大陸考古學中,“紅銅時代”是指石器仍然廣泛使用,但早期銅器開始出現的一段過渡時期。  紅銅即天然銅,質地軟,不適合製造工具,所以紅銅時代的人類仍以使用石器為主。很快的,人們開始發現當紅銅與錫或其他金屬混合之後,金屬會變得更好用,從而進展到青銅時代。這個過程很多時都很快,所以很難具體的界定紅銅時代與其他時代的分野。  美索不達米亞、高加索地區、伊朗、印度河谷等地最先在公元前5千年後期到前4千年左右進入紅銅時代,歷時約1000年,與公元前3000年前後才進入青銅時代初期。在歐洲,沒有發生過類似的紅銅時代,而是直接在公元前3000年左右進入青銅時代,與中東地區基本一致。埃及和西班牙進入青銅時代的時間最早,在公元前3200年。另外,中美洲在公元7世紀亦獨立的發現了鍊金術,但沒有經過紅銅時代。

  青銅時代是一個人類文化的進步最大的時期,包括由自然提煉出銅和錫,並鎔鑄為青銅,這些金屬普遍含有砷。 從西亞在公元前3000年前沒有錫青銅來看,銅礦石和錫礦石是十分罕見的。青銅時代是史前社會三時代系統的一部分,它出現在新石器時代之後。但在一些地區,沒有經過青銅時代就直接過渡到鐵器時代,如日本的彌生時代,美洲和大洋洲。由於書寫的發明,青銅時代是有直接歷史記載的最早時期。  就在這個時代,人類開始從事農業和畜牧,將植物的果實加以播種,並把野生動物馴服以供食用,人類不再只依賴大自然提供食物,<unk>因此其食物來源變得穩定,同時農業與畜牧的經營也使人類由逐水草而居變為定居下來,節省下更多的時間和精力,而人類亦已經能夠製作陶器、紡織,在這樣的基礎上,人類生活得到了更進一步的改善,開始關注文化事業的發展,使人類開始出現文明。例外也有用青銅或銅製造的器具或容器,有用來囤積食物、宗教等用途。著名文物有越王勾踐劍等。

  因為青銅有著高可塑性、堅固和不昂貴等優點,所以在這個時期被廣泛使用於戰爭,用青銅製造的武器不計其數有劍、箭矢、矛或各種器具的元件,也被用於製造裝甲等,經典的戰爭文物有越王勾踐劍等。在青銅末期有火炮的雛型,及突火槍和火<unk>等。

  鐵器時代是考古學上繼青銅時代之後的一個人類社會發展時代。這是在實際上所說的鐵器時代是指的早期階段。最早的鐵器於公元前14世紀之初出現於小亞細亞的東部,其他各地進入鐵器時代的時間不甚一致。在鐵器時代晚期各國都已經進入了有文字記載的文明時代,也就多以各國的朝代來稱呼其時代。當時人們已能冶鐵和製造鐵器作為生產工具。其與之前時代的主要區別在於農業發展,宗教信仰與文化模式。  鐵器時代是在三時代系統中最後的主要時期,三時代系統是丹麥考古學家克里斯蒂安·於恩森·湯姆森在1836年時所提出,共分為石器時代、青銅器時代與鐵器時代。。  不同地區進入鐵器時代的時間有所不同,即使同在歐洲,日耳曼地區和羅馬進入鐵器時代的時間亦有所不同。世界上最早進入鐵器時代的是赫梯王國,大約在公元前十四世紀年左右。中國在春秋(公元前五世紀)末年,大部分地區已使用鐵器。  雖然各地區進鐵器時代的時間不盡相同,亦難以以準確的年份標示,但鐵器時代與之前時代的區別仍是十分明顯的。鐵器時代是指已經能運用很複雜的金屬加工來生產鐵器。鐵的硬度,高熔點與鐵礦的高蘊含量,使得鐵相對青銅來說來得便宜及可在各方面運用,所以其需求很快便遠超青銅。  在美洲及大洋洲的鐵器時代並不是發展自青銅器時代,因為鐵的運用是由歐洲探險家傳入的。
史前時代一般是指人類出現到文字出現之前的時代,意即歷史記載(信史)前的時代。由於各地人類發明文字的時間都有不同,所以史前時代沒有一個適用於各地的特定時間。不過,作為一個泛稱,史前時代通常指公元前4000年以前的時期。舉例,尚未發現文字記載的石器時代(前250萬年-前4000年)是史前時代,青銅器時代(前4000年-各地不同時期完結)以後有文字記載之起就可稱為信史時期。中國夏朝就是史前時代。商朝人使用甲骨文,故商朝是信史。