Hang Đồng Thớt có cửa vào thoáng mát, rộng rãi, chan hòa ánh sáng với chiều rộng 19 m, chiều cao 10 m, sâu 16m. Cấu tạo hang gồm 3 vách chính, ngay từ cửa vào gặp một tầng văn hóa vỏ ốc kết chặt thành tảng lớn bám trên vách. Bên trong vẫn chứa một số công cụ đá và vô số mảnh tước lớn nhỏ, đến nơi đây có cảm giác như một miền huyền thoại cổ xưa. Di tích này được bà M.Colani phát hiện và khai quật năm 1926, khi trở lại nghiên cứu một số nơi trong tỉnh Hoà Bình lần thứ 2. Số hiện vật thu được ở di chỉ hang Đồng Thớt là 527 hiện vật, hầu hết là đồ đá, một số ít là đồ xương, một số răng xương động vật. Những hiện vật tìm được hiện chỉ giữ được một số tại Viện Bảo tàng Lịch sử Việt Nam. Tất cả có 123 hiện vật, so sánh với phiếu ghi hiện vật của bà M.Colani để lại là 527 hiện vật còn thiếu nhiều, không thể làm cứ liệu đầy đủ cho công tác nghiên cứu. 

Trước tình hình đó, năm 1966, Viện Bảo tàng Lịch sử  Việt Nam tiến hành khảo sát thăm dò và khai quật ở tầng văn hoá còn nguyên vẹn (từ ngày 14 - 30/4/1966). Với diện tích khai quật 36 m2, đoàn đã thu thập một khối lượng hiện vật rất lớn. Đây là tài liệu hiện vật rất quan trọng trong quá trình nghiên cứu, tìm hiểu nền văn hoá Hoà Bình. Hang Đồng Thớt là một di chỉ thuộc nền Văn hoá Hoà Bình. Tầng văn hoá khảo cổ ở đây tuy dày và chia thành nhiều lớp rõ rệt, nhưng những di vật phân bổ trong đó không có những yếu tố đánh dấu sự khác nhau về giai đoạn phát triển của văn hoá Hoà Bình. Hầu như chúng đều có chung một tính chất, điều đó có thể góp phần vào việc nghiên cứu cấu tạo của địa tầng và các giai đoạn phát triển của Văn hóa Hòa Bình. Trong tầng văn hóa khảo cổ tìm thấy một số xương người, có thể đây là những ngôi mộ của người nguyên thủy được chôn ngay trong nơi cơ trú của họ. Điều này phản ánh tâm lý của người nguyên thủy muốn người chết gần mình hơn, được nghỉ ngơi ở chỗ sinh hoạt thường ngày như bếp lửa để tránh thú dữ ăn thịt. Khối lượng di vật phát hiện ở di chỉ này rất phong phú, trong đó đồ đá chiếm khối lượng lớn nhất, có hơn 500 hiện vật có vết gia công của con người. Gần hết những loại di chỉ Đồng Thớt đều được làm bằng những hòn cuội. Đó là nguyên liệu dễ kiếm ở gần nơi của họ và rất thuận lợi cho việc chế tác công cụ. Người nguyên thủy đã lựa chọn những hòn cuội có hình dáng, kích thước hợp với từng loại công cụ, đem ghè đẽo làm thành công cụ. Ở đây không thấy những công cụ được làm từ những mảnh tách, hòn đá gốc, tảng đá lớn… Hầu hết công cụ được chế tác từ những hòn cuội nguyên, chính vì vậy đã trở thành kỹ thuật đặc trưng của Văn hóa Hòa Bình.

Căn cứ vào di vật, địa tầng trong mối tương quan với các di tích khác của nền Văn hoá Hoà Bình cho phép đưa ra một khung niên đại tương đối cho di chỉ này từ 10.000 - 7.000 năm cách ngày nay. Việc tìm hiểu, nghiên cứu và khai quật di chỉ hang Đồng Thớt là một bước tiến hết sức quan trọng, mang giá trị lịch sử to lớn, là yếu tố quan trọng trong công tác nghiên cứu về lịch sử phát sinh, phát triển của loài người trong thời đại của nền Văn hóa Hòa Bình - thời đại đồ đá.