L'aptitude physique au langage articulé des Néandertaliens a longtemps été controversée. Les discussions portent sur l'aptitude physique des Néandertaliens au langage, pour laquelle la morphologie de l'os hyoïde est importante. L'os hyoïde est un petit os qui maintient la base de la langue. Il est présent chez tous les mammifères mais, au sein de la lignée humaine, sa morphologie est déterminante pour l'aptitude à l'élocution. Très peu d'os hyoïdes de Néandertaliens ont été mis au jour : un premier a été découvert en 1983 à Kébara, sur le Mont Carmel en Israël (60 ka) et un autre dans le site d’El Sidron en Espagne (43 ka). Les deux os sont très peu différents de ceux des humains actuels. Des os hyoïdes appartenant à des pré-néandertaliens ont été découverts dans le site de la Sima de los Huesos à Atapuerca en Espagne (au moins 530 ka) ; ils ont également des caractéristiques proches de celui des Homo sapiens.
Même en faisant abstraction de cet argument de poids, de nombreux chercheurs considèrent que la complexité de l'outillage moustérien attribué à l'Homme de Néandertal est une preuve indirecte de ses capacités cognitives, incluant une forme de langage articulé.
Concernant le conduit vocal des Néandertaliens, Philip Lieberman maintient depuis 1971 que ceux-ci ne disposaient pas d'un pharynx de taille suffisante pour produire tous les sons que l'on observe dans les langues du monde. Malgré de nombreuses critiques concernant cette argumentation, cette théorie s'est largement diffusée pendant une trentaine d'années. À la suite d'une longue controverse, il semble que les arguments avancés par Lieberman ne sont plus tenables. La reconstruction anatomique du conduit vocal qu'il avait utilisé n'était pas réaliste et ses simulations peu convaincantes. Ce n'est pas la taille du pharynx qui permet de parler mais le contrôle des articulateurs (cordes vocales, langue, mandibule, voile du palais, lèvres). Les nouvelles simulations montrent bien que les Néandertaliens avaient la capacité physique de parler.
Une étude publiée en 2007 et portant sur l'analyse de l'ADN provenant des restes de deux Néandertaliens découverts à El Sidrón (Espagne) aurait permis d'y détecter la même version du gène FOXP2 (en) (forkhead box P2) que celle présente chez les hommes modernes. Cela pourrait plaider en faveur de l'aptitude des Néandertaliens au langage puisqu'on estime que ce gène joue un rôle important dans le développement des parties du cerveau liées à la maîtrise du langage articulé.