אתר נחל אפעה משתרע בשיפולי אחת מגבעות קמר חתירה, סמוך לגדת נחל אפעה ומצפון למישור רותם ומישור ימין בהר הנגב. האזור מאופיין בשכבות חול וחלוקים שהורבדו במהלך תקופת המיוקן. הקרקע מאפשרת חלחול של מים, בניגוד לאדמת הלס, ובעקבות כך הסביבה פורייה יחסית לרכסי הר הנגב. החפירות נערכו בין שני יובלים משניים של נחל אפעה. מדרום ומצפון לערוצים אלה יש שרידים פרהיסטוריים, אך הם טרם נחפרו. בערוצי נחל סמוכים לאתר יש גבים המתמלאים במים בעונות החורף והאביב.

האתר התגלה בסקר החרום בנגב ותועד בסקר של מפה 175 שנערך על ידי א' אלדר (טרם פורסם). על פני השטח במדרון גבעה תועדו שרידי מבנים שיוחסו לשתי תקופות, שהעיקרית היא התקופה הניאוליתית הקדם-קרמית ב'. בבסיס האתר, סמוך לגדת הנחל, תועדו אתר חצר ומכלאה המתוארכים לתקופת הברונזה הקדומה ב' (כהן תש"ס:39–40).

נפתחו שני שטחי חפירה (A, B) במדרון גבעה המשתפל למזרח. שטח A משתרע בחלקו הצפוני-מערבי של האתר, בנקודה הגבוהה ביותר בחלקו המרכזי של האתר, סמוך לערוץ נחל התוחם את שטחו המרכזי של האתר מצפון, ונחשפו בו שישה מבנים מעוגלים (1, 2, 5–8; איור 2), שתוארכו לתקופה הניאוליתית הקדם-קרמית ב'. שטח B משתרע במרחק 10 מ' מדרום לשטח A, ונחשף בו מבנה סגלגל (10) מאותה תקופה. מבנים אלה נחפרו בקרקע ובחלקם אף פולס סלע האם, והם נתחמו בקיר אבן; בשל שיפוע המדרון למזרח חלקם המערבי של המבנים השתמר לעומק רב יותר יחסית לצד המזרחי. בחפירת המבנים התגלו ממצאים רבים, ובהם פריטי צור, כלי אבן, ממצא בוטני, עצמות בעלי חיים וממצא קטן.

בחלקו המזרחי של האתר נערכה בעונת החפירה הראשונה, בשנת 2015, חפירה מדגמית של בור בדיקה (1 מ"ר) בשטחו של מתחם בנוי. בעומק של 0.1 מ' מתחת לפני השטח נחשף מפלס חיים, הכולל מעט חרסים ונתזי צור שתוארכו לתקופת הברונזה הקדומה 1. לאחר שתי עונות חפירה התברר כי בשטח בור הבדיקה נחפר פיר אנכי (1.4 מ' עומק) על ידי שודדי עתיקות. לאחר זיהוי הנזק שנגרם נערך יישור של החתך בפיר, ובדופנו תועדו מפלסי חיים מתחת לשכבה מתקופת הברונזה הקדומה. ממפלסים אלה נלקח חומר אורגני לבדיקה. החפירה באתר לא הושלמה בשל משבר הקורונה.

 
מבנה 1 (3.5 מ' רוחב מרבי; איור 3). נחשף מבנה סגלגל שלו קיר היקפי (כ-0.7 מ' גובה השתמרות מרבי), שנבנה מלוחות סלע גדולים שנחצבו בסביבת האתר והוצבו במאונך על צדם הצר. רוב הקיר השתמר לגובה נדבך אחד, פרט לחלקו המערבי שהשתמר לגובה שני נדבכים. הקיר נטוי בחלקו כלפי חוץ ונשען על אדמת המדרון. פתח המבנה השתמר בצדו המערבי של המבנה. רצפת המבנה עשויה בחציה מלוחות אבן ובחציה מאדמה. בצדו הדרומי של המבנה נבנתה מחיצה מלוח אבן ניצב, שיצרה כוך; במחיצה נתגלו כלי אבן. במרכז המבנה נחשף מתקן שנבנה מאבנים, ובתוכו נמצאו שתי קערות מאבן גיר. בצדו המזרחי של המבנה נמצאו שברי פחם רבים שחלקם נשלח לתיארוך פחמן 14 (להלן).
 
מבנה 2 (4 מ' רוחב מרבי; איור 4). נחשף מבנה סגלגל, שלו קיר היקפי שנבנה מלוחות סלע ואבנים גדולות והשתמר לגובה של 1–2 נדבכים. חלקו המזרחי של הקיר, שנבנה בחלק הנמוך של המדרון, נסחף, ופתח המבנה לא התגלה. רצפת המבנה עשויה מטיח או חומר דומה, ונראה כי חומר זה כיסה גם חלק מן הקירות. במרכז המבנה נחשף מתקן שנבנה מלוחות אבן. במזרח המבנה, כנראה סמוך לפתח, נמצאו כלי כתישה ושחיקה מאבן, הכוללים עליים ולצדם שני מיישרי חניתות.
בין מבנה 1 למבנה 2 נחשפו שרידי מתקנים ובדלי קירות.
 
מבנה 5 (כ-5 מ' רוחב מרבי). נחשף מבנה סגלגל, התחום בחלקו בקיר. בחלקו הצפוני של המבנה לא התגלה קיר תוחם, אולי בגלל שהוא פורק לאחר יציאת המבנה משימוש או שמתחילה לא נבנה בצד הצפוני קיר והמבנה נותר פתוח לכיוון צפון אל מבנה 6 והחצר הצמודה אליו. לא התגלה פתח במבנה, אולי כי זה נסחף במדרון. בפנים המבנה התגלתה רצפת טיח, חלקה צבוע באדום (איור 5). על גבי הנדבך התחתון בקיר נמצאו שרידי טיח, המרמזים על כיסוי הקירות בטיח. במרכז המבנה נמצאה קערת אבן גדולה הפוכה (איור 6). בצד המבנה סמוך לפן הפנימי של הקיר נמצאו שתי אלות עשויות אבן, האחת מאבן גיר והשנייה מבזלת.
 
מבנה 6 (איור 7). נחשפו מבנה סגלגל (2.7–3.0 מ' קוטר) וצמוד אליו מתחם מגודר (3.5 × 5.5 מ'). למבנה קיר היקפי (1.4 מ' גובה השתמרות מרבי) שהשתמר היטב. חלקו העליון של הקיר התפרק ואבניו נמצאו בשטח המתחם. בתוך המבנה נחשף מתקן סגלגל, הכולל בור חפור לתוך הקרקע ומוקף באבני שדה קטנות. צמוד למבנה ממזרח התגלה קיר, אולי קיר תמך או ספסל, שהשתמר לגובה של נדבך אחד. במבנה ובמתחם המגודר התגלו כלי כתישה ושחיקה מאבן. במתחם המגודר נמצאו כלי צור רבים, ובהם למעלה ממאה ראשי חץ (להלן).
 
מבנה 7 (3 מ' קוטר; איור 8). נחשף מבנה מעוגל, שלו קיר היקפי שהשתמר לגובה מרבי של שני נדבכים (0.6 מ' גובה). הנדבך התחתון נבנה מלוחות סלע מוארכים שהוצבו במאונך והנדבך העליון נבנה מאבנים גדולות ובינוניות. רצפת המבנה עשויה ברובה מאדמה מהודקת; חלקה המזרחי נבנה מלוחות סלע אחדים. בחלק הדרומי של המבנה, צמוד לקיר, נבנה מתקן. נראה כי המבנה נבנה באחד משלבי הבנייה הקדומים ביישוב כיוון שחלקו הצפוני של הקיר חסר וכנראה פורק.
 
מבנה 8 (4.0–4.7 מ' קוטר; איור 9). המבנה נחפר באופן חלקי בלבד עקב סיום החפירה. נחשפו שלושת הנדבכים העליונים של הקיר ההיקפי של המבנה, שנבנו מלוחות אבן שהונחו על הפן הרחב.
צמוד למבנה 8 מצפון, בינו לבין מבנים 5 ו-7, נחשף מתקן אחסון (1 מ' קוטר, 0.5 מ' עומק; איור 2), שנחפר לתוך הקרקע ודופן בלוחות סלע; תחתיתו רוצפה בלוחות אבן.
 
מבנה 10 (איור 10). נחשף מבנה סגלגל, התחום בחלקו בקיר. בחפירת שוד שנערכה בעבר במבנה נחשפו הפן הפנימי של קיר המבנה ומפלס חיים. בשל הסחף שהתרחש מאז חפירת השוד התפרק בחלקו קיר המבנה. הקיר נבנה משתי שורות של לוחות סלע שהוצבו על הפן הצר. בצדו הצפוני של המבנה נמצא ריכוז של עליים מבזלת במגוון צורות. בתוך המבנה נמצאו שני מפלסים של רצפות מחומר לבן דמוי טיח. בין שני מפלסי החיים נחשפה שכבת אדמה דלה בממצא ללא אבנים. מתחת לרצפה העליונה ובהקשר לרצפה התחתונה נמצא בור מעוגל שדופן בלוחות אבן ובתוכו עצמות בעלי כנף.
 
כלי צור. במכלול נמצאו כל מרכיבי תעשיית הסיתות: חלוקי צור, גרעינים ופריטי פסולת רבים (Borrell and Vardi 2022). חלק מן הגרעינים ופריטי הפסולת מלמדים על סיתות להבים בשיטה דו כיוונית (איור 11). במכלול ראשי חץ רבים (איור 12), מרביתם מטיפוס ביבלוס ומיעוטם מטיפוס יריחו — טיפוסים המאפיינים את התקופה הניאוליתית הקדם-קרמית ב'. ראשי החץ עוצבו בשברור פשוט, ולעתים גם בשברור לחץ. כן נמצאו מגרדים, מרצעים ומקדחים. בחפירה נתגלו גם שלושה להבי מגל שאינם שכיחים בתקופה, וסביר כי הם שימשו לחיתוך חומר צמחי ולא לקציר.
 
ממצא בוטני. הממצא הבוטני מהחפירה כולל שברי פחם רבים שנאספו ברובם מן הרצפות וייתכן כי מקורם בחומר ששימש לקרוי. מקורו של עיקר החומר הצמחי במינים מקומיים כגון הרותם ( Retama raetem) והאשל (Tamarix sp.).
 
ממצא עצמות בעלי חיים. עצמות בעלי החיים שהשתמרו באתר שייכות למינים המצויים בסביבת האתר גם כיום, כגון צבי (Gazella sp.) וערוד. נראה כי העצמות שהתגלו במבנה 10 השתייכו למיני דורסים קטנים, אך טרם התקבל הזיהוי הסופי שלהן.
 
ממצא קטן. נמצאו חרוז שלם, שברי חרוזים וכן שברי אבן שצבעה ירקרק ומקורה אינו ברור. ייתכן כי החרוזים עשויים מחומרי גלם שונים. כן נמצאו פריט דמוי חצי כדור עשוי מנחושת גולמית שהובאה לאתר כנראה מפיינאן, שיועד לייצור חרוז או נטיפה, פריט אבן שעליו חריתות שתי וערב היוצרות דגם של משבצות וארבע קונכיות, ובהן קונכיית פי הכושי.
 
תיארוך פחמן 14. נלקחו תשע דגימות פחם לתיארוך. מרבית הדגימות מעידות כי טווח הקיום של האתר בנחל אפעה הוא מהשלב התיכון של התקופה הניאוליתית הקדם-קרמית ב' (האלף השמיני לפסה"נ). שני מתקנים מחוץ למבנים 2 ו-6 הניבו תאריכים המתאימים לתקופה הניאוליתית הקרמית. דגימת פחם מהשכבה העליונה בחתך בבור הבדיקה תוארכה אף היא לתקופה הניאוליתית הקרמית (האלף הששי לפסה"נ).
 
סיכום. אתר נחל אפעה היה מחנה גדול של ציידים ולקטים, שתוארך בעיקרו לשלב התיכון של התקופה הניאוליתית הקדם-קרמית ב'. נראה כי האתר היה פעיל לאורך זמן רב, שכן חלק מהמבנים בוטלו על ידי מבנים חדשים, מאוחרים יותר. קיימות עדויות לפעילות באתר גם במהלך התקופה הניאוליתית הקרמית, אם כי טרם נחשפו יחידות מגורים שאפשר לתארך לתקופה זו. סביר כי ההתיישבות באתר הייתה עונתית וכי יושבי האתר הסתמכו על מקורות מים זמינים מגבים בקרבת האתר. גודלו של האתר מעיד כי במקום התקיימו תנאים שהיטיבו עם תושבי המקום, הכוללים מים זמינים וסביבה עשירה יחסית בחי ובצומח, ונראה כי הם שהו במקום בעונות החורף והאביב, אם כי לביסוסה של הנחה זו נדרש מחקר נוסף. השרידים האדריכליים מהאתר דומים לאלה שהתגלו באתרים בסיני — עין קדיס (Gopher, Goring-Morris and Rosen 1995), עוג'רת אל-מחד וואדי ג'יבה (Bar-Yosef 1982); בדרום הנגב — אתר נחל עישרון (Goring-Morris and Gopher 1983) ואתר נחל רעואל (Ronen et al. 2001); ובעבר הירדן — שקרת מסייד (Kinzel et al. 2016) ועין אבו נוחיילה (Henry and Beaver 2014). מסורת הבנייה באתר, הכוללת מבנים עגולים או סגלגלים, אופיינית על פי רוב לאזורי המדבר שבהם חייתה אוכלוסייה נוודית (ורדי ואחרים תשע"ח).