水洞沟历经五次考古发掘，水洞沟的文物类型以动物的化石和石器为主，首先看到的是鄂尔多斯大角鹿和肿骨大角鹿因为鹿的脚很大故名大角鹿，生活在泥盆沼泽环境，可以想象如果是森林环境有可能会挂在树枝上，第三个原始牛，非常大，据推测将其还原之后有一个成年象的大小，两到三吨，很牛气。野驴、野马等，都曾是水洞沟主要的捕猎动物。从这些动物的化石体形也进一步验证了水洞沟的原始生活环境很不错，有森林有沼泽有沙漠。
水洞沟出土的石器，是水洞沟文化的重要组成部分。石叶功能相当于小刀刀片，展品中有部分石叶近端或者远端是人们有意识截断镶嵌在木柄上的。石叶的加工过程是：在加工石叶之前把原材料鹅卵石外层打击剥离，中间剩余部分称作石核，将石核以特定的方式经过精心修理，修理成一面隆起一面平整的样子，把它称之为勒哇楼哇石核，再用这种勒哇楼哇石核加工石片，这样的石片长薄规整，也称石叶。而且勒哇楼哇石核加工石片的产片率很高，一个勒哇楼哇石核可以打制四片以上的薄片，这种技术是欧洲莫斯特文化的组成部分之一，也是那个时代打制石器的最先进技术，因水洞沟出土的石器与欧洲的发达莫斯特文化和正在成长的奥瑞纳文化相似，水洞沟也成了最早中西方文化交流的历史见证地，勒哇楼哇石核也成了水洞沟博物馆的三大镇馆之宝之一。水洞沟遗址博物院的外形也是以这个为原形建造的；第二件就是尖状器，这件石器器形端正（带编号），一端尖锐，两边薄刃对称。它形似箭头，大一点的尖状器，可以绑在木头顶端，用作投掷工具捕杀猎物，小一些可以用来钻孔（中国旧石器时代展区中有其它文化遗址的尖状器，说明水洞沟人制作工具的先进程度和精细程度，体现水洞沟先民们的聪明才智）；第三件重要展品便是磨盘，磨石和磨盘的发现证明水洞沟包含了新石器时代，新石器时代是以磨制作为石器的主要加工方式。
水洞沟人生活年代上至四万年，下至数千年，不仅经历了旧石器时代晚期，而且也包含新石器时代。新、旧石器时代最大的区别在于石器制作方式的不同，旧石器以打制为主。尖状器即为打制石器，新石器时代以磨制为主，那么展出的磨盘和磨石，它更加能够体现人类的主观能动性，以自己的需求磨制出理想的器形，这也是人类在不断的劳动过程中逐渐变得更加聪明的有力证据。当然，新石器时代工具与用具更加丰富多彩，包括精美的骨器、弓箭等组合工具，以及陶器等。
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