Le prime ersplorazioni della grotta Romanelli furono di P. E. Stasi e E. Regalia, cui seguirono gli scavi sistematici di G. A. Blanc, per l'Istituto Italiano di Paleontologia Umana. Questi scavi misero in luce uno dei più importanti documenti pleistocenici italiani, per la fauna presente, per la litica e per le figurazioni incise sulle pareti della grotta e sulle pietre rinvenute. Furono accumulati nei magazzini dell'Istituto più di duecento pezzi con segni e figurazioni. Lo studio dei "segni" presenti ha escluso l'accidentalità di questi ultimi, confermando l'esistenza di preconcetti schemi costruttivi del disegno, gli schemi in questione sono: parallele, fasci lineari, fasce riempite da tratteggio, elementi di meandro, reticolati, etc. I Romanelliani sembrano aver raggiunto una tale cura e abilità nel disegno, da superare il tipico geometrismo lineare ed affrontare temi curvilinei, con ben maggiori difficoltà tecniche. L'incisione è in genere poco profonda, anche se eseguita su calcare con basso indice di durezza; nelle superfici più dure vi è solo un tenue mal leggibile graffito; vi sono anche segni eseguiti con incisioni profonde.Si notano anche due esempi di disegni nastriformi: queste fasce lineari sembrano avere un valore simbolico di legame con la superficie su cui erano effiggiate, a differenza di altre figurazioni che sembrano invece non essere legate alla superficie utilizzata. L'incisione poco profonda è stata interpretata da M. Ornella Acanfora come un differente modo di porsi da parte dell'uomo moderno rispetto ad un tipo di disegno solo "accennato" da parte dell'uomo preistorico, al quale forse bastava quel tipo di tratto per rendere il suo un disegno "ideale", ora non più comprensibile dalla mentalità e dal modo di vedere attuale.

Il giacimento stratigrafico della grotta rappresenta uno dei più importanti documenti Pleistocenici italiani.