北京人头骨的最宽处在左右耳孔稍上处，向上逐渐变窄，剖面呈抛物线形。这与现代人头骨的最宽处上移到脑颅的中部不同，和尼安德特人相比也低一些。北京人的头盖骨低平，额向后倾，虽已比猿类增高，但低于现代人，比尼安德特人也稍低。北京人的脑量为1059毫升，介于猿和现代人之间。他们的头盖骨比现代人约厚一倍。眉嵴粗壮，向前突出，左右互相连接。颅顶正中有明显的矢状嵴，头骨后部有发达的枕骨圆枕。北京人面部较短，吻部前伸，没有下颏。有扁而宽的鼻骨和颧骨，颧骨面朝前，这表明他们有宽鼻子和低而扁平的面孔。下颌骨的内面靠前部有明显的下颌圆枕。他们的牙齿，无论齿冠或齿根都比猿类弱小，齿冠的纹理也简单,但比现代人粗大、复杂得多。另外,犬齿和上内侧门齿的舌面，有由底结节伸向切缘的指状突；上内侧和外侧门齿的舌面为明显的铲形。北京人的头部保存的原始性质和爪哇人相似，因而它们同属于直立人发展阶段。北京人的门齿呈铲形，有宽鼻子和低而扁平的面孔，下颌骨内面靠前部有下颌圆枕等，又表明他们具有明显的现代蒙古人种的特征
北京人的下肢骨髓腔较小，管壁较厚（股骨的髓腔只占骨干最小直径的三分之一,现代人则占二分之一;胫骨的髓腔更小），但在尺寸、形状、比例和肌肉附着点方面都已和现代人相似，这证明他们已经善于直立行走。北京人的上肢骨除了髓腔较小管壁较厚外，和现代人的接近程度更甚于下肢骨，说明他们的上肢已能进行与现代人十分相似的活动。北京人的身高，从发现的一条比较完整的股骨长度推算，约为1.56～1.57米。
北京人的文化 北京人的文化遗物包括石制品、骨角器和用火遗迹。石器以石片石器为主，石核石器较少，且多为小型。原料有来自洞外河滩的脉石英、砂岩、石英岩、燧石等砾石，也有从两公里以外的花岗岩山坡上找来的水晶。北京人用砾石当锤子,根据石料的不同,分别采用直接打击法、碰砧法和砸击法打制石片。其中，用砸击法产生的两极石核和两极石片，在全部石制品中占有很大比重，并构成北京人文化的重要特色之一。第二步加工多用石锤直接打击，以一面打制为主，并且绝大多数由破裂面向背面加工。
北京人的石器有砍斫器、刮削器、雕刻器、石锤和石砧等多种类型。他们挑选扁圆的砂岩或石英砾石，从一面或两面打出刃口，制成砍斫器。这类石器的尺寸较大。“刮削器”系用大小不同的石片加工而成，有盘状、直刃、凸刃、凹刃、多边刃等形状，是石器中数量最多的一类。“尖状器”和“雕刻器”数量不多，但制作比较精致，尺寸小，有的只有一节手指那么大小，制作程序和打制方法比较固定，反映出一定的技术水平。（见彩图“北京人”的尖状器）在世界上已知的同时期的遗址中，还从没有听说过精致程度堪与相匹的同类石器。石锤和石砧是他们制作石器的工具。从石锤上留下的敲击痕迹可以看出，北京人善于用右手操作。此外，在一些未经第二步加工的石片上，往往也发现使用过的痕迹
山顶洞的人类化石共代表 8个男女老少不同的个体。由头骨缝的愈合程度和牙齿的生长情况看，其中5个是成年人，包括男女壮年和超过60岁的老人，1个是少年，1个是5岁的小孩，1个为婴儿。
山顶洞人的体质已很进步。头骨的最宽处在顶结节附近，牙齿较小，齿冠较高，下颌前内曲极为明显，下颏突出，脑量已达1300～1500毫升。这些特徵和现代人相一致。男性身高约为1.74米，女性为1.59米。
关于山顶洞人的种族，德国体质人类学家魏敦瑞曾认为老年男性头骨的测量指数很像西欧的化石智人，如克罗马农人，但根据形态观察，又可确定是原始的蒙古人种。女性头骨之一属于美拉尼西亚人类型；另一具则属于爱斯基摩人类型。甚至认为这些不同种族的成员组成了一个家庭。中国古人类学者的研究认为，老年男性头骨几乎所有的面骨测量指数都和现代的或化石的蒙古人种相近，而远于西欧的化石智人。从形态方面观察，头骨的许多特征，如鼻骨较窄，有鼻前窝、颧骨突出并且较直，以及有下颌圆枕等，都属于蒙古人种的特征。女性头骨之一，由于人工变形，不能作分析种族的正常依据。但其面骨部分的主要测量数值和指数，都接近现代的或化石的蒙古人种，其相似程度大于与现代美拉尼西亚人相似的程度。所有的形态特徵也都更接近于蒙古人种。另一具女性头骨的测量结果表明，她是与爱斯基摩人、美洲印第安人和中国人有密切联系的原始蒙古人种的代表。她比以上两具头骨具有更为显著的蒙古人种的典型形态特徵。
山顶洞人代表原始蒙古人种，但个体之间尚有一些差别，表明当时蒙古人种正在形成之中，一些形态细节尚未充分形成。但有的学者认为，种族形成的时代比山顶洞人要早得多。(见山顶洞人复原像 )
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