Pääbo fue el primer científico que secuenció el genoma del neandertal, pariente extinto de los humanos actuales. En concreto, consiguió secuenciar una región de ADN mitocondrial de un trozo de hueso de hace 40.000 años. Así, por primera vez, se tuvo acceso a una secuencia de un pariente extinto. Las comparaciones con humanos y chimpancés contemporáneos demostraron que los neandertales eran genéticamente distintos.
