Les grands moments de l'occupation préhistorique concordent avec une série d'épisodes lacustres favorables. Les stations du Paléolithique inférieur, sans descendre au delà du 19°N, manifestent de nombreuses affinités avec l'Ougartien final du Sahara nord-occidental. Les industries atériennes s'échelonnent sur trois périodes, entre 40 000 et 20 000 ans, dont la plus récente atteint aussi les épandages lacustres de l'Azouad. Le Néolithique se met en place seulement à la fin de l'optimum holocène. Les outillages manifestent des influences diverses. Au nord, le faciès d'Oumm el Assel rappelle les productions du Néolithique de tradition capsienne. Le faciès de Hassi el Abiod, associé à une riche industrie osseuse, dans la région au nord-ouest d'Araouane, est l'oeuvre de cro-magnoïdes africains (mechtoïdes). A l'est, le faciès de l'erg In-Sâkane est à rattacher au Néolithique saharo-soudanais du Hoggar. Il évolue avec des populations proto-méditerranéennes, du moins à compter de 4500 B.P. L'Ounanien, entre l'erg Foum el Alba et la falaise du Khnachich, peut dériver d'industries du Ténéré. Avec les débuts de l'aridification, les stations empiètent sur les dépôts antérieurs. Le phénomène est sensible dans le Pays rouge. Dans les plaines et vallées au nord-ouest des Iforas se développe une culture originale de "sites à enceinte", où l'élevage bovin fait son apparition. Outre le Tilemsi, les populations se retirent sur les rives du nouveau delta intérieur du Niger. On retrouve à Kobadi dans le Sahel malien les derniers représentants des cro-magnoïdes africains, datés de 3300 B.P., dans un contexte paléolacustre similaire à celui de Hassi el Abiod.