Специалисты отдела археологии эпохи камня и палеометалла своими исследованиями охватывают широкий круг проблем от палеолита до Нового времени.
Группа под руководством к.и.н., ВНС Института О.А. Артюховой изучает памятники палеолита в Казахстане. Особое внимание уделяется исследованию памятников каменного века с ископаемыми культурными остатками в Центральном Казахстане и на Мангышлаке (Токтаул, Улкен Жезды, Шакпак ата) с целью выявления палеэкологических и палеоэкономических условий жизни людей в различные периоды каменного века. Применяются междисциплинарные методы исследований, проводится трасологический анализ палеолитических артефактов, датировка отложений на памятниках радиоуглеродным методом и методом оптически стимулируемого люминесцентного датирования. Для памятников с поверхностным культурным горизонтом составлены методические основы исследования кремневых орудий палеолитических памятников, которые включают петрографический, морфо-типологический, археометрический, технологический, техноэкономический и трасологический анализы. В результате проведенных исследований удалось уточнить возраст ряда стоянок, произвести теоретическую реконструкцию палеогеографических и палеоэкологических условий жизни людей в эпоху палеолита на территории Центрального Казахстана. Осуществляется проект по введению в научный оборот коллекций, собранных А.Г. Медоевым и его коллегами-геологами за годы исследований памятников Казахстана.
Исследования памятников эпохи бронзы (рук. ВНС А.С. Ермолаева) сосредоточены на решении проблемы генезиса металлопроизводства в Жезказган-Улытауском и Северо-Бетпакдалинском горно-металлургических центрах Казахстанской горно-металлургической области. Экспедиции, осуществляемые в рамках программно-целевого и грантового финансирования, в основном, направлены на изучение поселения древних металлургов Талдысай, Мыржык. В результате технологического исследования металла и шлаков выяснены истоки и традиции плавильных, литейных и кузнечных технологий. В результате анализа шлаковой продукции выявлены особенности технологии в Казахстанской горно-металлургической области.
Культура ранних кочевников также находится в поле зрения сотрудников отдела. Изучаются такие вопросы, как погребальная обрядность, искусство звериного стиля.
В рамках грантового финансирования проводится комплексное исследование памятников Тургая от эпохи бронзы до современности (рук. – к.и.н., ВНС Г.А. Базарбаева), разрабатывается характеристика культуры кочевников Тургая от раннего железного века до Нового времени по археологическим и этнографическим данным. Задачами проекта являются получение новых данных об облике синташтинской культуры; выявление генезиса предметов декоративно-прикладного искусства казахской культуры, характеристика элементов женского костюма по эпохам: раннего железа, средневековья, Нового и частично Новейшего времени. Выполнение проекта предусматривает решение актуальных проблем древней истории Тургая на основе комплексного исследования археологических и этнографических памятников региона.
Отделом археологии эпохи камня и палеометалла проводятся исследования в долине реки Быжы в Жетысуском Алатау. В результате проведенных работ разработаны поисковые признаки для поселений эпохи ранних кочевников, закономерности локализации памятников археологии разных периодов и Нового времени, выявлено и картографировано свыше 300 объектов.
В 2004 г. начался специалистами отдела начат новый этап археологических исследований на памятниках, расположенных в нижнем течении Сырдарьи. Исследования ведутся Чирикрабатской археологической экспедицией под руководством к.и.н., ГНС Института археологии им. А.Х. Маргулана Ж. Курманкулова. К настоящему времени Чирикрабатской археологической экспедицией на территории Восточного Приаралья выявлено более 200 археологических объектов.
Задачи группы состоят в изучении процессов становления и развития оседло-земледельческой культуры в Восточном Приаралье во второй половине I тыс. до н.э. на основе данных археологических исследований с использованием комплексного подхода и учетом особенностей природной среды региона. Исследование археологических памятников в низовьях Сырдарьи позволяет детальнее изучить процесс урбанизации и становления оседло-земледельческой культуры в Приаралье
Одним из направлений исследований отдела «Археологии эпохи камня и палеометалла» является изучение монументальных памятников кочевников разного времени: менгиров, изваяний сакской, тюркской и кыпчакской эпох. Выявлением и документированием средневековых каменных изваяний Сарыарки в основном занимается исследовательская группа под руководством к.и.н. Ж.К. Курманкулова. К настоящему времени Ж.К. Курманкуловым, Л.Н. Ермоленко (КемГУ) и А.Д. Касеновой изучены более 300 средневековых изваяний, из них 111 зафиксированы впервые. Исследователями установлены GPS-координаты памятников, сделаны обмерные рисунки изваяний, сняты микалентные копии некоторых изваяний или их деталей, созданы схематические планы сооружений, с которыми связаны изваяния, произведена фотофиксация.
Систематизация изваяний и сооружений была осуществлена А.Д. Касеновой также в кандидатской диссертации, защищенной в 2019 году. Опираясь на классификацию Л.Н. Ермоленко, исследовательница разработала реестр и систематизацию древних и средневековых каменных изваяний Сарыарки.
Активно проводится изучение археологических памятников и исторических источников, связанных с возникновением и развитием практики применения номадными обществами символических изображений типа тамга в качестве особых знаков-маркеров индивидуальной и коллективной идентичности (к.и.н., ВНС А.Е. Рогожинский). Благодаря целенаправленным полевым поискам пополняется банк данных по памятникам тамгопользования Казахстана в различные исторические эпохи от конца бронзового века до Нового времени включительно: значительную долю среди них составляют недвижимые объекты – тамга-петроглифы, эпиграфика и монументы, отмеченные тамгами античных кочевников, тюркских племен, казахов, ойратов и других народов. Наряду с полевыми поисками проводятся архивные изыскания, позволяющие расширить круг надежно идентифицированных знаков этносоциальной идентичности, раскрыть на примере казахской этнографии функциональное многообразие и специфику традиций тамгопользования, зафиксированных в документальных материалах XVIII–XIX вв. Регулярно публикуются новые находки и сводные тематические обзоры, создаются региональные карты ареалов разных групп знаков, на основе которых реконструируются области расселения и перемещения кочевых народов в древности и средние века.