Dieta neandertalczyków jest dyskusyjna. Tradycyjnie uważa się ich za drapieżców i myśliwych polujących na duże ssaki. Jednak znaleziono też wiele dowodów na spożywanie roślin. Diety dawno nieżyjących stworzeń rekonstruuje się często przy użyciu zawartości izotopów azotu. To pozwala na określenie pozycji badanego na piramidzie troficznej. Z badań wynika, że neandertalczycy zajmują wysoką pozycję w łańcuchu pokarmowym i wykazują wyższe wskaźniki niż drapieżniki (hieny, wilki czy lisy) żyjące na tym samym terenie. Sugeruje się, że te wyższe wartości wynikały z umiejętności polowania na mamuty ale też przypadków kanibalizmu. Ludzie, którzy przybyli po neandertalczykach wykazują jeszcze wyższy wskaźnik izotopów azotu. Jest to interpretowane jako wpływ regularnej konsumpcji ryb słodkowodnych, których umiejętność łowienia posiadali. Znane są jednak przypadki, gdzie w kolagenie neandertalczyków znajdowano wyjątkowo wysokie wskaźniki izotopów azotu co sugerowało odżywianie się rybami.