Η Θερμή είναι η μόνη προϊστορική θέση στη Λέσβο που ανασκάφτηκε συστηματικά. Οι ανασκαφές έφεραν στο φως μια πόλη πρώιμου αστικού χαρακτήρα σε επτά διαδοχικές οικοδομικές φάσεις της Πρώιμης (Θερμή Ι - IV, 3200 - 2400 π.Χ.), Μέσης και Ύστερης Χαλκοκρατίας (2000- 1300 π.Χ.). Η Θερμή Ι ήταν μια μικρή πόλη, ανοχύρωτη, αλλά με πολεοδομική οργάνωση: τα σπίτια συνδέονταν με μεσοτοιχίες και σχημάτιζαν συγκροτήματα, οργανωμένα ακτινωτά γύρω από ένα κεντρικό συγκρότημα, το οποίο οριοθετούσε διάδρομος. Σε αυτή τη φάση απαντά ο βασικός αρχιτεκτονικός τύπος που συνεχίστηκε αναλοίωτος σε όλη τη διάρκεια ζωής του οικισμού: το ορθογώνιο στενόμακρο οικοδόμημα με κλειστό, ενίοτε ανοιχτό, προθάλαμο και θάλαμο, με είσοδο στη μια στενή πλευρά. Οι τοίχοι ήταν κτισμένοι με πέτρες και λάσπη, τα δάπεδα των σπιτιών και οι δρόμοι στρωμένοι συνήθως με θαλασσινά βοτσαλάκια και οι στέγες επίπεδες με κλαδιά και καλάμια πάνω σε δοκάρια, με επικάλυψη από πηλόχωμα. Στη Θερμή ΙΙ γίνεται η πρώτη απόπειρα αμυντικής ενίσχυσης του οικισμού: οι συνεχείς εξωτερικοί τοίχοι των σπιτιών δημιουργούσαν ένα είδος οχυρωματικού περιβόλου. Στη Θερμή ΙΙΙ κατασκευάζονται περίβολος και προμαχώνες. Στη Θερμή IV εγκαταλείπεται το περικεντρικό σύστημα και η πόλη ξαναχτίζεται με διαφορετικό προσανατολισμό. Παράλληλοι δρόμοι χωρίζουν τον οικισμό σε μεγάλα οικοδομικά συγκροτήματα και η πόλη θωρακίζεται με οχυρωματικό περίβολο. Στη Θερμή V κατασκευάστηκε ισχυρό αμυντικό τείχος και το "ορθογωνικό" ή γραμμικό πολεοδομικό σχέδιο τελειοποιήθηκε με τη χάραξη μιας κεντρικής οδικής αρτηρίας και μικρότερων εγκάρσιων δρόμων που δημιουργούσαν ανισομεγέθη οικοδομικά τετράγωνα και μικρούς ανοιχτούς χώρους. Γύρω στο 2400 π.Χ. ο οικισμός εγκαταλείφθηκε και κατοικήθηκε εκ νέου μετά το 2000 π.Χ. Πρόκειται για περιορισμένη εγκατάσταση χωρίς την έκταση των παλαιότερων περιόδων. Οι νέοι κάτοικοι συνέχισαν την παλιά παράδοση των ορθογώνιων σπιτιών με βοτσαλωτά δάπεδα και εστίες και χρησιμοποίησαν τον κεραμικό τροχό. Στη νέα πόλη βρέθηκαν κατασκευές που σχετίζονται με την παραγωγή της κεραμικής όπως θολωτός κλίβανος για την όπτηση των αγγείων. Την ίδια περίοδο, κοντά στα σπίτια, βρέθηκαν και τάφοι.Στην εποχή της ακμής της η Θερμή θα είχε περίπου 1200 κατοίκους.

Σήμερα ο ανακαμένος χώρος καλύπτει περίπου 8 στρέμματα, υπολογίζεται όμως ότι σχεδόν άλλο τόσο χάθηκε από τη θαλάσσια διάβρωση.

Ύστερα από την ανάδειξη του χώρου στα πλαίσια του Περιφερειακού Επιχειρησιακού Προγράμματος «Πολιτισμός» " του Κοινοτικού Πλαισίου Στήριξης 2000-2006, ο χώρος κατέστη επισκέψιμος για το κοινό. Σε ένα από τα δύο κτήρια εξυπηρέτησης του κοινού στεγάζονται οι μακέτες του προϊστορικού οικισμού και το αντίστοιχο πληροφοριακό υλικό.