Суровые похолодания в эпоху развитого мустье вызвали длительные перерывы в заселенности Ахштырскай пещеры человеком. В накоплениях этого времени отсутствуют всякие следы его деятельности, а так называемые «медвежьи шлифовки» — выступы стен, заглаженные до зеркального блеска, говорят о том, что в ту пору здесь жили пещерные медведи.
Более богато представлены в Ахштырской пещере материалы позднего мустье. В слоях этого времени найдены кремневые и каменные орудия — остроконечники, часть которых могла служить остриями копий, многочисленные скребла различных типов, рубящие орудия, миниатюрные сверла, проколки, пластинки, использовавшиеся древним человеком при обработке дерева, кости, шкур животных, при свежевании мяса и т. д. Обнаружены здесь и остатки, связанные с производством кремневых орудий (дисковид-ные и леваллуазские ядрища-нуклеусы, отщепы, сколы, ретушеры). Среди этих находок уже совершенно отсутствуют рубила, а на орудиях появляются первые признаки техники, характерной для более поздней, верхнепалеолитической эпохи (резцовый скол и др.). При изучении пещеры получены очень интересные данные о растительном и животном мире, о климате той далекой эпохи. Как свидетельствуют результаты спорово-пыльцевого анализа почвы, вокруг пещеры тогда рос сплошной темнохвойный лес, близкий к елово-пихтовым лесам Абхазии, произрастающим теперь на высоте 1200—1800 м над уровнем моря. Хорошо рисуется по материалам того же слоя и животный мир: найдены кости пещерного медведя, зубра, благородного оленя, куницы, лесного кота, ласки. Здесь же найдены две плюсневые кости- человеческой стопы. Одна из них принадлежала взрослому человеку в возрасте старше 30 лет.
В последующем по времени слое выявлены кости пещерного медведя, зубра, косули, кабана, козла, волка, орла. Такой состав фауны свидетельствует о широком распространении в этот период в окрестностях пещеры различных лиственных пород. Анализ пыльцы показал преобладание в растительности, окружавшей пещеру, сосны и травянистых растений. Из этого же слоя происходит очень редкая находка: коренной зуб (второй левый верхний моляр) и одна кость стопы, принадлежащие ископаемому человеку уже современного типа. В самом центре площадки перед входом в пещеру, недалеко от обрыва, были вскрыты три хорошо выраженных очажных пятна с остатками угля и золы, обложенных известняковыми плитами со следами огня. Вблизи очагов найдено много костей животных. Возраст этого слоя был по количеству иония и радиоактиния, содержащегося в этих костях, определен абсолютной цифрой в 35000+2000 лет от наших дней.