由于传统PCR技术很难正确扩增含量极低的内源DNA片段，导致部分古DNA实验结果不可重复，所以针对人类的古DNA研究方法在该阶段依旧受到极大的质疑，随着二代测序技术的诞生，古DNA研究迎来了高速发展的时代。由于二代测序技术能够得到极短的DNA片段信息（这与古DNA的特征相似），所以实验人员可以进行测序，并通过生物信息技术进行拼接，来获得可靠的古DNA数据。
实验方法也在这一阶段不断被革新，2010年拉斯马森（M. Rasmussen）等报道了4000多年前的爱斯基摩人基因组，格林（R. E. Green）等依据3个尼安德特人样品绘制了尼安德特人的基因组草图。随后，越来越多的古人类基因组被公布出来，如丹尼索瓦人、早期现代人（包括田园洞人、Ust’-Ishim和Oase1）等，研究也逐渐深入化和多元化。这些研究共同推动了古人类DNA研究不断前进，为古人类迁徙路线及人群间基因交流的探索提供了遗传学支持。
