היסטוריונים קוראים מסמכים, אבל על תקופות עתיקות מאוד כמעט לא נשארו מסמכים כתובים. כאן נכנסים הארכאולוגים: הם חופרים בזהירות, שכבה אחרי שכבה, ומתעדים כל ממצא — מצלמים אותו, מודדים אותו ורושמים בדיוק איפה נמצא. המקום המדויק חשוב לא פחות מהחפץ עצמו, כי הוא מספר עם מה החפץ נמצא ובאיזו שכבה.
בארץ ישראל יש הרבה ״תלים״ — גבעות שנוצרו כשאנשים בנו עיר חדשה על חורבות העיר הקודמת, שוב ושוב. בדרך כלל, ככל שהשכבה עמוקה יותר כך היא עתיקה יותר. כדי לתארך ממצאים משתמשים גם בשיטות מדעיות, כמו בדיקת פחמן 14, שמעריכה את גילם של חומרים שהיו פעם חיים, כמו עץ, זרעים ועצמות.
טעות נפוצה היא לחשוב שארכאולוגים מחפשים בעיקר אוצרות זהב. ברוב המקרים הממצאים הם שברי חרס, זרעים חרוכים ושרידי קירות — והם דווקא מלמדים הכי הרבה על חיי היומיום של אנשים רגילים. גם טעות נפוצה: ארכאולוגים לא חופרים דינוזאורים — זה תחום אחר, שנקרא פליאונטולוגיה.