Γεωαρχαιολογικές έρευνες, που έγιναν κυρίως από τη δεκαετία του '70 και εξής σε διαφορετικές περιοχές του ελλαδικού χώρου, δείχνουν ότι η μορφολογία του τοπίου κατά τη Νεολιθική εποχή διέφερε αρκετά από τη σημερινή.
Η άνοδος της θαλάσσιας στάθμης που σημειώθηκε με το τέλος της εποχής των Παγετώνων (περίπου 11.000 χρόνια πριν από σήμερα) συνεχίστηκε σε όλη τη διάρκεια της Νεολιθικής. Το αποτέλεσμα ήταν μικρές χερσόνησοι που ενώνονταν με την ξηρά, όπως π.χ. οι βόρειες Σποράδες με τη Θεσσαλία, να μετατραπούν σε μεγαλύτερα ή μικρότερα νησιά.
Σε άλλες περιοχές η στάθμη της θάλασσας ήταν χαμηλότερη από τη σημερινή και άφηνε περιθώρια ανάπτυξης σε παράλιους οικισμούς, οι οποίοι σήμερα λόγω της συνεχούς ανόδου της θάλασσας καλύπτονται απ' αυτήν (π.χ. Φράγχθι Ερμιονίδας). Στις εκβολές ποταμών πάλι οι συνεχείς προσχώσεις είχαν το αντίθετο αποτέλεσμα, δηλαδή την επέκταση της ακτογραμμής. Έτσι, παράκτιοι νεολιθικοί οικισμοί, όπως π.χ. το Διμήνι του Βόλου, απέχουν σήμερα αρκετά χιλιόμετρα από την ακτογραμμή.
Τέλος, οι διαρκείς προσχώσεις πεδινών περιοχών, όπως της ανατολικής Μακεδονίας και της Θράκης, επέφεραν την ανύψωση του εδάφους κατά μερικά ή και πολλά μέτρα, με αποτέλεσμα τον αφανισμό νεολιθικών οικισμών κάτω από τα υλικά διάβρωσης και τις αλουβιακές αποθέσεις.

Οι παλυνολογικές αναλύσεις (ανάλυση γύρης) και οι παλαιοβοτανολογικές έρευνες (μελέτη φυτικών καταλοίπων) δείχνουν ότι το κλίμα κατά τη Νεολιθική εποχή δε διέφερε κατά πολύ από το σημερινό. Ήταν μεσογειακό, με βροχερούς και λίγο πιο ψυχρούς χειμώνες και ξηρά, θερμά καλοκαίρια.

Η γεωμορφολογία και το κλίμα επηρέασαν άμεσα τη βλάστηση, και συνεπώς την επιλογή του τόπου κατοίκησης. Θεωρείται ότι περιοχές με θαμνώδη βλάστηση προτιμήθηκαν από τις δασώδεις, καθώς ήταν ευκολότερο να εκχερσωθούν και να γίνουν προσοδοφόρες, καλλιεργήσιμες και ζωτικής σημασίας για τους πρώτους γεωργούς.