化石年代经鉴定距今约20万年左右，属不足30岁的男性头骨，颅穹低矮，前额扁平，颅骨壁较厚，眉脊粗状，其形状和北京人接近。但顶骨相对较大，枕骨隆凸下移，顶枕部较高，吻部不那么前突，颧骨细弱，颧骨鳞部非三角形而呈圆麟状，这些又都是智人的进步特征。脑量约为1120毫升，比北京人平均值稍大，体质特征介于直立人和早期智人之间，是早期智人中的古老类型。

"大荔人"头骨化石总的特点是粗壮、厚实、骨质较厚，头长目低矮。其眉脊粗壮，较北京人的稍低，比马坝人显著高突;额骨低平，其倾斜度甚至比北京人的还小;骨板较厚，有的骨板与爪哇人、北京人相近或更厚;顶骨相对较大，顶结节发育，枕骨隆凸位置下移，顶枕部较高，脑量较大，这些又都是较北京人要进步得多，与马坝人的特点相近似的地方。而其脊间的眉间部分最宽厚，面骨特低矮等则又是与其它人类化石不同的地方。

与大荔人伴生的动物有古菱齿象、肿骨大角鹿、鸵鸟等10余种。发现的植物孢粉有蒿、菊、藜等草木植物，松柏、云杉等针叶树种，而没有发现阔叶树种，表明在大荔人生活时期，当地属森林一草原型环境。

与大荔人同出的石器和石制品约500多件，原料以石英岩为主，燧石次之，还有少量脉石英、火成岩等。石制品中，大多数是石片和石核，石器约占30%。器形普遍较小，长度一般不超过4厘米，重量约在20克左右。类型以刮削器为主，凹刃刮削器数量为多，其次是尖状器和少量的雕刻器、石锥、砍砸器、石球等。打制技术主要是锤击法，打片较厚，不甚规整。砸击法也偶尔见得，或在一端，或在两端可见砸痕。第二步加工以单向背面加工为主，刃缘曲折，刃口不齐，多呈锯齿状或波纹状，或锐或钝。石器中单刃多于复刃。尖状器加工稍为精致，有正尖、角尖、双尖、歪尖等类型。大荔人的文化特征，属于我国华北地区以小石器为主的船底形刮削器一雕刻器类型。

通过"大荔人"的发现，了解了许多过去在古人类学上难以得到形态细节，从而填补了中国国古人类研究上的一大空白，对研究中国古人类的演化很有价值，为中国古人类学增添了新的资料。再从它的完整性来说，不但是中国罕见的、难得的，也是当前世界少有的。

大荔人化石的最新研究显示，大荔人脑颅具有古老特征，但是面颅具有进步特征。这一镶嵌型形态特点为探讨中国现代人起源提供了演化背景。然而，人们对大荔人石器技术的认识主要来自于最初的发掘报告，新的研究将有助于进一步认识大荔人的石器技术行为与策略。

2018年3月30日，国际期刊Archaeological and Anthropological Sciences在线发表了中国科学院古脊椎动物与古人类研究所李浩副研究员与南非比勒陀利亚大学Matt Lotter博士对大荔人遗址石制品的最新研究成果。

遗址两次发掘共出土石制品582件。石制品埋藏于河流砾石层，经历了一定程度搬运和磨蚀。因此，研究人员对这批材料进行了重新鉴定，排除了在水流作用下碰撞形成的假石器，譬如表面具有重叠、浅层波纹状疤痕的"石制品"。大荔人遗址人工性质明确的石制品共140件，其中石核9件，石片95件(完整石片73件、裂片9件、残片13件)，断块9件，成型工具25件，不定型工具2件。

石制品主要采用石英岩(n=79)为原料，其次为燧石(n=47)和石英(n=14)。石制品平均长、宽小于5cm。石核剥片以简单的单面-单向为主，同时包含1件两面不对称型的向心剥片。石片台面主要为石皮台面(57.5%)，其次为素台面(21.9%)，单楞脊台面(8.2%)、线状台面(8.2%)和点状台面(4.1%)的比例较小，缺乏预制台面。石片背面片疤方向多样，以从近端的单向剥片为主(54.8%)。71.2% 的石片打击泡显著，表明硬锤锤击法是主要的剥片方法。成型工具的类型多样，包括14件锯齿刃器、5件刮削器、5件凹缺器和1件尖状器，这些工具的修理目的性强、修疤连续。

大荔人遗址没有出现西方同期遗址中具有的预制石核技术，而呈现出与华北地区早、中更新世遗址石核技术的相似性和连续性。在小型石片工具方面，大荔人遗址出现多样的工具类型以及较为精致的修理技术，这一点有别于简单的奥杜威技术。与华北地区早更新世遗址相比，大荔人遗址体现出石器技术上的发展和进步。研究人员认为，大荔人石器技术表现出的连续性和进步性，与大荔人头骨化石显示的镶嵌演化模式具有一定的协同关系。