1993年3月13日，汤山镇当地民工刘连生等人在清理葫芦洞的堆积物时，发现一具保存相当完好的头盖骨化石。这是与北京直立人相像的猿人头骨，后来被称为1号头骨，经中科院鉴定，她是一位21—35岁的女性。随后，专家又确定了更早前发现的一块2号头骨。最终南京市博物馆与北京大学考古系合作进行了发掘。当时的研究与鉴定结果表明，南京猿人1号头骨距今35万年左右，而2号头骨则生活在10多万年前，是位男性。先后发现2件直立人头盖骨化石和1枚直立人牙齿化石，发掘及拣选出哺乳动物化石2000余件。动物化石堆积异常密集，动物群的时代属中更新世，性质与北方的北京人-肿骨鹿动物群相近。人化石的特征与北京猿人也比较接近。
通过最新的TIMS鉴定，汤山猿人一号头骨的“年龄”，从最初认为的30-35万年，确认为50-60万年前。根据化石特征，揭开了1号头骨的高鼻之谜。认为汤山猿人有基因交流，可能是中国猿人与西方猿人的“混血儿”。