Хронология романовско-ильмурзинской культуры определяется с помощью данных естественных дисциплин. Расположение ее памятников на различных террасах и залегание культурных слоев в глинах и суглинках позволяют их синхронизировать как со временем формирования этих террас, так и с колебаниями уровня бассейна в голоцене.

На основе анализа спорово-пыльцевых спектров, дат по С₁₄, палеокарпологических и геологических данных отложения, в которых залегали культурные слои стоянок Ильмурзино и Романовка II, В.Л. Яхимович датировала их в пределах от XI до VIII тысячелетия до н. э. (Яхимович, 1958). Абсолютные даты по Муллино I падают на середину VII тысячелетия до н. э.

Для Холодного Ключа (Сюнь I) получены даты 9620±50 (БашГИ-76) и 9630±50 (БашГИ-77) лет от наших дней.

Для датировки конца мезолита имеют значение и даты по вязкой намагниченности голоценовой почвы на стоянке Романовка II. Эта почва, перекрывающая суглинки с мезолитическим слоем, датируется по С₁₄ IV тысячелетием до н. э. Идентичные почвы перекрывают суглинки с мезолитическими слоями на всех памятниках Южного Урала, а так как их формирование закончилось к IV–III тысячелетиям до н. э., то, следовательно, конец мезолита на Южном Урале и по вязкой намагниченности может быть датирован не позднее, чем VI тысячелетием до н. э.

Кроме того, в последние годы получено 30 дат по С₁₄ для колебаний уровня бассейна, к которому приурочены все стоянки мезолита Южного Урала (Варущенко и др., 1980). Все эти новейшие данные заставляют внести коррективы в предложенную ранее систему датировки и периодизации мезолита Южного Урала.

Вряд ли есть основания пересматривать датировку первого, наиболее раннего Ильмурзинского этапа (Ильмурзино I), выделенного главным образом на основе нижнего слоя (горизонты 6–7) Ильмурзино и относящегося, видимо, к палеолиту. Однако в периодизацию мезолита Предуралья следует внести некоторые коррективы.

По схеме Г.Н. Матюшина (Матюшин, 1976), в мезолите Приуралья выделялись три этапа. Основанием для их обособления служила стратиграфия Ильмурзино. Для первого этапа мезолита стратотипичными были материалы горизонта 5 Ильмурзино и сходные с ними материалы стоянки Сюнь II, для второго — стратотипичными были материалы горизонта 4 Ильмурзино и сходных с ними памятников типа Романовка II, III, Миловки I, IV и др. Последний этап основывался на материалах Ильмурзино III, Старой Мушты II, Старого Каинлыково и аналогичных им памятников. Учитывая геоморфологию и новые данные, теперь в мезолите Южного Предуралья, видимо, можно выделить два основных периода.

I. Ранний мезолит — в инвентаре памятников преобладают угловые резцы, усеченные пластины, скобели на пластинках, концевые скребки, но еще отсутствуют наконечники стрел.

II. Поздний мезолит — характер инвентаря в общем изменяется мало, но появляются наконечники стрел на ножевидных пластинках.

Учитывая эволюцию инвентаря, особенности геоморфологии и стратиграфии стоянок, каждый из периодов можно подразделить на ряд этапов. Так, в периоде раннего мезолита можно выделить два этапа. На первом этапе раннего мезолита Приуралья стоянки типа Ильмурзино II, Романовка II, Сюнь II занимали еще высокие террасы. В инвентаре их прослеживается большое сходство с материалами позднепалеолитических стоянок типа Ильмурзино I. По времени они соответствуют позднехвалынской трансгрессии.

Ко второму этапу следует отнести памятники типа Япрык, Михайловская. В инвентаре их заметно обеднение как ассортимента, так и числа орудий. В это время стоянки перемещаются на низкие поймы, соответственно относящиеся, очевидно, к Бегдашской регрессии. Не исключено, что в конце этого этапа появляются первые наконечники стрел.

Период позднего мезолита, видимо, тоже можно разделить на два этапа. На первом этапе стоянки перемещаются на высокие террасы и в инвентаре их появляются уже четко оформленные наконечники стрел на ножевидных пластинках. К началу этого этапа, видимо, следует отнести стоянку Холодный Ключ, в инвентаре которой еще нет типичных наконечников на пластинках с подработкой черешка и кончика пера, но появляются специфические острия, которые, видимо, использовались в качестве наконечников. Геоморфология памятников и даты по С₁₄ получены из слоя, перекрывающего непосредственно культурный слой на стоянке Сюнь I (Холодный Ключ), и позволяют датировать начало этого периода временем начала Сартасской трансгрессии.

Наиболее типичные памятники этого этапа — стоянка Старая Мушта II, Ильмурзино III, Старое Каинлыково. К концу этого этапа, вероятно, относится стоянка Давлеканово I. В целом число памятников возрастает. Увеличиваются и ассортимент, и количество орудий в их инвентаре.

Второй этап второго периода — это время финального мезолита, когда стоянки в связи с падением уровня вод бассейна (начало Мангышлакской регрессии) перемещаются на низкие, ныне пойменные террасы. Число их резко сокращается. Наиболее типичный памятник этого этапа — Муллино I. К этому же этапу, видимо, относится и стоянка Деуково II, также расположенная в пойме р. Ик, как и стоянка Муллино I. Для стоянок этого этапа типично обеднение инвентаря как по количеству, так и по ассортименту. Наконечники стрел сохраняются в Муллино I, а в Акбуте и в Деуково II появляются новые двусторонне обработанные орудия. В Акбуте они изготовлены еще на нуклеусах, в Деуково II также прослеживаются двусторонне обработанные орудия в сочетании с изделиями из очень мелких пластинок с крупными «неолитоидными» пластинками (Косменко, 1971, рис. 32).

Конец мезолита четко маркируется датами, полученными по С₁₄ в Муллино I, геоморфологией и стратиграфическим расположением финальномезолитических памятников типа Муллино I, под ранненеолитическими слоями непосредственно. Причем время перехода от мезолита к неолиту в Приуралье, судя по датам Муллино II и Муллино I, было сравнительно небольшим — в пределах всего 100–300 лет. Видимо, столь относительно быстрый переход был в какой-то мере обусловлен резким ухудшением природных условий в период Мангышлакской регрессии, на время которой и падает этот переход от мезолита к неолиту. Такова общая схема периодизации и хронологии мезолита Южного Приуралья.

В зауральской части региона (включая Западную Сибирь) развитие мезолита шло близкими к Приуралью путями. Для него также характерна мелкопластинчатая индустрия, выработанная в соответствии с потребностями вкладышевой техники. При этом совпадает и способ изготовления вкладышей, которому не присущи геометрические формы, среди них преобладают неретушированные сечения ножевидных пластинок. Достаточно много и других сходств: большое количество угловых резцов, отсутствие четко оформленных наконечников стрел и др. Наряду с этим мезолитические культуры Среднего Приуралья, Среднего Зауралья и Западной Сибири имеют и особенности.

Несмотря на то что изучение мезолита Среднего Зауралья началось сравнительно недавно (основной материал был получен в 70-80-х годах), в настоящее время на этой территории известно более 40 памятников мезолитической эпохи (карта 10). Правда, еще раньше с мезолитом связывали находки макролитов на склоне горы Голый Камень и на берегу Гальянского торфяника на окраине г. Нижний Тагил. В связи с этим было высказано предположение о макролитическом характере зауральского мезолита, что О.Н. Бадер связывал с традициями, идущими от сибирского палеолита (Бадер О.Н., 1966, с. 27). К эпохе мезолита относила макролиты Голого Камня и В.М. Раушенбах, которая считала, что здесь находилась древняя камнеобрабатывающая мастерская (Раушенбах, 1961). Исследования последних лет в какой-то мере подтвердили это предположение. Петрографический анализ материала большого количества зауральских стоянок показал, что на ряде позднемезолитических стоянок Среднего Зауралья имеются орудия, изготовленные из материала Голого Камня (алевриты порфиритов). Это относится к таким стоянкам, как Крутики I–IV, VI, Полуденка I–III, V, VI, Ашка, Серый Камень. Причем на последней стоянке процент изделий из сырья Голого Камня особенно высок: 24,7 % (27,7 % нуклеусов и 20,5 % ножевидных пластинок). Интересно отметить, что в конце мезолита мастерская у Голого Камня, очевидно, прекратила свое существование: орудия, изготовленные из этого сырья, на стоянках раннего неолита не обнаружены, хотя обработка камня оставалась еще близкой мезолитической (Россадович, Сериков, Старков, 1976, с. 188).