Les mégalithes, ces grandes pierres dressées ou assemblées, ont longtemps intrigué. En Bretagne, notamment à Carnac, des légendes populaires les attribuaient à des géants ou à des miracles. Au XVIIIe siècle, les savants ont proposé d'autres explications. Certains pensaient que les alignements de Carnac étaient des camps militaires romains, liés aux batailles de César. D'autres y voyaient des sépultures de soldats romains ou des tables de sacrifice.
Cependant, des doutes ont rapidement émergé. Des érudits comme Robien ont remarqué que ces structures étaient trop grandes et complexes pour être de simples camps romains. Il a suggéré qu'elles étaient l'œuvre de « peuples du Septentrion », c'est-à-dire les Gaulois ou d'autres populations pré-romaines. L'idée que ces monuments puissent être encore plus anciens, antérieurs aux Gaulois, était difficile à accepter à l'époque, car la notion de « préhistoire » n'existait pas encore.
C'est au XIXe siècle que les termes « menhir » (pierre longue) et « dolmen » (table de pierre) sont inventés, et que le mot « mégalithe » se répand. Les recherches se sont intensifiées, et en 1862, il a été établi que ces monuments étaient bien plus anciens que les Gaulois, ouvrant la voie à une nouvelle compréhension de ces témoins du passé.
La question des géants a aussi longtemps fasciné. La Bible et les textes antiques décrivaient des êtres de taille immense, comme Goliath. Au Moyen Âge et à la Renaissance, la découverte d'ossements de grande taille était souvent interprétée comme la preuve de l'existence de ces géants. On imaginait des peuples entiers de géants, et ces récits étaient cohérents avec les croyances de l'époque.
Pourtant, des voix discordantes ont commencé à se faire entendre. Dès le XVIe siècle, certains savants ont suggéré que ces os pouvaient appartenir à des éléphants ou à des « monstres marins ». Mais cette idée posait des problèmes : les os ne ressemblaient pas toujours à ceux d'éléphants connus, et on ne trouvait pas de défenses. L'hypothèse des géants est restée la plus populaire pendant longtemps, malgré les incohérences.
Le tournant majeur est venu à la fin du XVIIIe siècle avec le scientifique Georges Cuvier. Grâce à l'anatomie comparée, il a étudié les fossiles et a démontré que les grands ossements trouvés appartenaient en réalité à des animaux disparus, comme les mammouths ou d'autres pachydermes, et non à des géants humains. C'était la fin de la croyance aux géants bibliques et mythologiques.
La science a eu du mal à se libérer des cadres de pensée anciens, notamment la chronologie biblique qui limitait l'histoire de la Terre et de l'humanité à quelques milliers d'années. L'idée d'une humanité antérieure à Adam, les « préadamites », a été proposée par Isaac de Lapeyrère au XVIIe siècle, mais elle a été rejetée.
Cependant, des savants comme Benoît de Maillet et Buffon ont commencé à envisager un « temps profond ». Maillet a suggéré que la Terre avait des millions d'années et que la vie était sortie de la mer. Buffon, quant à lui, a rejeté l'idée d'un Déluge universel et a estimé l'âge de la Terre à des dizaines, puis des millions d'années, même s'il a été contraint de revenir sur ses chiffres par l'Église.
La véritable naissance de la préhistoire comme science est attribuée à Jacques Boucher de Perthes au milieu du XIXe siècle. En fouillant les alluvions de la Somme, il a découvert des outils en pierre taillée associés à des fossiles d'animaux disparus (comme l'ours des cavernes ou le mammouth). Il a ainsi prouvé que l'homme « préhistorique » était aussi ancien que ces animaux, démontrant l'existence d'une humanité bien plus ancienne que ce que l'on croyait. Cette découverte, combinée à la publication de l'ouvrage de Darwin sur l'évolution en 1859 et à la découverte de fossiles humains comme Néandertal, a révolutionné notre compréhension du passé.