La vitrina que contiene piezas arqueológicas adscribibles a las fases neolíticas es igualmente interesante, sobretodo teniendo en cuenta los importantes yacimientos de esta época prehistórica que encontramos en Teba. Así, por su amplia representación en el Museo, destacarían principalmente la Cueva de las Palomas y el yacimiento existente en el Llano Espá (o Espada).
Los elementos elaborados en sílex, como sucede a lo largo de toda la Prehistoria, seguirán constituyendo un importante porcentaje de los útiles de esta época. De esta forma podemos apreciar la importante colección de hojas y hojitas de sílex de la Cueva de las Palomas (abundan por otros muchos lugares) en los que se aprecia una clara tendencia laminar y microlítica. Se utilizarían como elementos de caza y pesca y para otros funciones. Junto a ellos aparecen un buen número de los núcleos desde los que se extrajeron aquellas piezas.
Como se puede comprobar, hacen aparición en esta época elementos novedosos como los instrumentos pulimentados (hachas, hazuelas, alisadores, etc.) confeccionados en una materia prima y utilizando unas técnicas diferentes a las tradicionales, consistentes en el rozamiento continuado de la piedra con elementos abrasivos. Se usan en los más diversos trabajos: curtido de la piel, carpintería, ...., aunque destaca su empleo en los trabajos de roturación de nuevas tierras de cultivo. Una muestra de elementos pulimentados lo tenemos en la azuela y los alisadores de la Cueva de las Palomas que aquí se exponen.
También resulta del todo novedosa en el Neolítico la aparición de la cerámica que en esta época presenta altos índices de decoración que apuntan, más allá de la pura estética, a aspectos simbólicos no siempre fáciles de interpretar. Es más que destacable, por hallarse prácticamente completa y por su obvia espectacularidad, la vasija de la Cueva de las Palomas, recipiente de cuerpo globular y cuello recto y con asas de tipo tubular-cinta. Otros elementos cerámicos de la Cueva de las Palomas aparecen en la zona superior izquierda de la vitrina entre los que se muestran una colección de fragmentos con asas que pueden presentar o no decoración de diferentes formas (a la almagra, incisa, plástica, etc.). También en la zona más elevada de la derecha se presentan otros interesantes fragmentos decorados procedentes de la Cueva de las Palomas. Igualmente se representa una importante colección de cerámica decorada procedente del yacimiento del Llano Espá, lugar que está siendo estudiado arqueológicamente en la actualidad.
Otra materia prima utilizada durante el neolítico será el hueso que servirá a las poblaciones de aquellos momentos para fabricar tanto útiles propiamente dichos (espátulas, punzones o agujas) como elementos decorativos o simbólicos (pulseras o amuletos). Algo parecido sucederá con otros materiales como la pizarra de la que se obtendrán instrumentos como la espátula del Llanó Espá o elementos decorativos como la pulsera de ese mismo yacimiento.
Otros hallazgos de esos momentos que aparecen representados en la vitrina y que merecen ser destacados son una mandíbula infantil aparecida en la Cueva de las Palomas (lo que muestra la utilización de ese espacio como ámbito funerario) y una importante muestra de cereal carbonizado (concretamente cebada desnuda) procedente del Cerro de la Higuera y que acredita el cultivo cerealístico de la zona en los comienzos del V Milenio a.C. (neolítico final/medio)
