Τα πρωιμότερα ίχνη κατοίκησης στο Ιερό του Απόλλωνος Θερμίου ανάγονται πριν από το 1700 π.Χ., όταν ο Θέρμος ήταν αρχικά μόνον οικισμός. Πρόκειται για ορύγματα ημιυπόγειων κτιστών καλυβών που βρέθηκαν κάτω από το αψιδωτό Μέγαρο Α και είχαν θεωρηθεί από τον πρώτο ανασκαφέα του Ιερού, Γεώργιο Σωτηριάδη, τάφοι με καύσεις νεκρών. Την εποχή αυτή, δηλ. πριν από το τέλος της Μέσης Εποχής του Χαλκού (1600 π.Χ.), φαίνεται ότι υπήρχε στον Θέρμο μόνιμος οικισμός, ο οποίος διατηρούσε επαφές με άλλες περιοχές, όπως αποδεικνύεται από τα πήλινα και λίθινα ευρήματα. Γύρω στα μέσα της 2ης χιλιετίας π.Χ. δέχεται τις επιδράσεις του μυκηναϊκού πολιτισμού, χωρίς ωστόσο να αναδειχθεί ποτέ σε ισχυρό διοικητικό κέντρο ανακτορικού τύπου, όπως τα γνωρίζουμε από άλλα γνωστά κέντρα της Ελλάδας, παραμένοντας στην περιφέρεια του τότε γνωστού μυκηναϊκού κόσμου.



Κτήρια του οικισμού αυτού έχουν αποκαλυφθεί βόρεια, νότια και δυτικά του ναού του Απόλλωνος Θερμίου, τα οποία χαρακτηρίζονται από ποικιλία ως προς τη μορφή και το μέγεθος. Πρόκειται για ελλειψοειδή, τετράγωνα, ορθογώνια, καμπυλόγραμμα κτίσματα, κατασκευασμένα με ντόπιες ασβεστολιθικές πλάκες και χώμα ως συνδετικό υλικό. Σήμερα είναι ορατά τουλάχιστον επτά, ενώ θα πρέπει να θεωρηθεί βέβαιο ότι υπήρχαν πολύ περισσότερα, αφού λείψανα μιας ακόμη αψιδωτής οικίας είχαν ερευνηθεί από τον Γεώργιο Σωτηριάδη στον χώρο που σήμερα βρίσκεται το πρώτο Αρχαιολογικό Μουσείο. Αρχαιότερα έχουν θεωρηθεί εκείνα με ελλειψοειδές περίγραμμα, ενώ μεταγενέστερα τα τετράπλευρα. Η ανασκαφή του υστεροελλαδικού οικισμού, ο οποίος είναι από τους μεγαλύτερους που έχουν εντοπιστεί στον ελλαδικό χώρο, έχει αποδείξει ότι οι δύο αυτοί τύποι κτηρίων συνυπήρχαν για μια ορισμένη χρονική περίοδο.



Το μεγαλύτερο και σπουδαιότερο κτήριο του οικισμού αυτού αποτελεί το αψιδωτό κτίσμα, γνωστό ως Μέγαρο Α. Βρίσκεται βορειοδυτικά του αρχαϊκού ναού του Απόλλωνος Θερμίου και εν μέρει κάτω από αυτόν. Στο βόρειο άκρο του διαμορφώνεται αψίδα και οι τοίχοι του που είναι κατασκευασμένοι από πλακοειδείς λίθους είναι ελαφρώς καμπύλοι. Η ανωδομή του ήταν από ωμές πλίνθους. Σήμερα σώζεται μόνον η λίθινη θεμελίωσή του. Οι διαστάσεις του κτηρίου είναι 22x6μ. Η πρόσοψή του ήταν ανοιχτή και στα άκρα των τοίχων του πρέπει να υπήρχαν παραστάδες. Εγκάρσιοι τοίχοι χωρίζουν το εσωτερικό του σε τρεις χώρους, προθάλαμο, κύριο και οπίσθιο δωμάτιο. Η ελαφρά κλίση των τοίχων προς το εσωτερικό δείχνει ότι κατέληγε σε θολοειδή στέγη, η οποία ασφαλώς θα ήταν ξυλόπλεκτη και επιχρισμένη με πηλό. Η άποψη ότι το κτήριο είχε χρησιμοποιηθεί ως τύμβος (ηρώο), που βασίστηκε στις παρατηρήσεις του πρώτου ανασκαφέα για ύπαρξη τάφων στο εσωτερικό του, δεν επαληθεύτηκε από τις νεώτερες ανασκαφές. Πιθανότερη θεωρείται η άποψη ότι είχε χρησιμοποιηθεί ως έδρα του τοπικού άρχοντα. Το Μέγαρο Α κτίστηκε πριν από το 1500 π.Χ. και καταστράφηκε, όπως και τα υπόλοιπα κτήρια του προϊστορικού οικισμού, στα τέλη της Ύστερης Εποχής του Χαλκού - αρχές της Πρώιμης Εποχής του Σιδήρου (1100/1050 π.Χ.).



Η οικία β, ευρισκόμενη στα νοτιοανατολικά του ναού του Απόλλωνος Θερμίου, αποτελεί ένα ξεχωριστό σπίτι του προϊστορικού οικισμού. Πρόκειται για αντιπροσωπευτικό δείγμα σύνθετης οικίας με ελλειψοειδές περίγραμμα, διαστ. 14,80x5,20μ. Στο δάπεδό του, που ήταν στρωμένο με λίθινες πλάκες, βρέθηκαν λείψανα εστιών. Εγκάρσιοι τοίχοι με ανοίγματα χωρίζουν το κτήριο σε τρία δωμάτια, ενώ φαίνεται προς τα δυτικά της οικίας ότι διαμορφωνόταν αυλή που ορίζεται από τοιχάριο αμελούς κατασκευής. Η στέγη ήταν δίρριχτη με θολωτή διαμόρφωση στο αψιδωτό μέρος. Στο δωμάτιο β2 βρέθηκε πληθώρα πιθοειδών αγγείων και χρηστικών σκευών.



Οι κάτοικοι του οικισμού αυτού ασχολούνταν με τη γεωργία και την κτηνοτροφία. Η ανασκαφή των κτηρίων απέδωσε πληθώρα κεραμικής που μας βοηθάει να εξάγουμε ασφαλή συμπεράσματα για τον χαρακτήρα του. Η κεραμική κατατάσσεται σε τρεις κύριες κατηγορίες: 1) αμαυρόχρωμη κεραμική της Μεσοελλαδικής παράδοσης (γύρω στα μέσα της 2ης χιλιετίας π.Χ.), 2) ντόπια χειροποίητη κεραμική (1600-1200 π.Χ.), 3) μυκηναϊκή κεραμική. Στην τελευταία κατηγορία ανήκουν, είτε εισηγμένα αγγεία, είτε απομιμήσεις μυκηναϊκών αγγείων, που θεωρούνται όμως ντόπια παραγωγή. Η στρωματογραφική έρευνα των τελευταίων ανασκαφών απέδειξε ότι η εισαγωγή μυκηναϊκών αγγείων που παρουσιάζουν ομοιότητες με αγγεία από Αχαΐα, Αργολίδα, Κόρινθο κ.λ.π., καθώς επίσης, η παραγωγή τοπικών απομιμήσεων σταματούν μετά την καταστροφή του προϊστορικού οικισμού με την εμφάνιση μιας νέας κατηγορίας κεραμικής, της αμαυρόχρωμης, με επιρροές από τον βορειοδυτικό πολιτισμικό χώρο, η οποία συνδέεται με την ίδρυση στον Θέρμο του οικισμού της Πρώιμης Εποχής του Σιδήρου.



Οι ανασκαφές μέχρι σήμερα δεν έχουν φέρει στο φως αδιάψευστα στοιχεία για την άσκηση λατρείας κατά τη διάρκεια ζωής του προϊστορικού οικισμού. Λιγοστές πληροφορίες μας παρέχουν τα ίδια τα ανασκαφικά δεδομένα και τα κινητά ευρήματα, τα οποία αποδεικνύουν ότι ελάχιστα και ανεξιχνίαστα είναι τα κατάλοιπα λατρείας την εποχή αυτή.