Происхождение этой культуры в силу малочисленности и бедности памятников палеолита Урала пока с достоверностью определить трудно. Можно лишь предполагать, что в значительной мере она сложилась на базе местного палеолита. Памятники ее довольно однообразны как по расположению, так и по характеру инвентаря. Все они находятся на берегах р. Белой и ее притоков, на высоких вторых надпойменных или низких пойменных террасах. Культурные слои во всех случаях приурочены к светлому (желтому) суглинку, перекрытому иногда четырьмя горизонтами погребенной и современной почвы и почти на всех стоянках слоем буроватого, в различной степени измененного почвообразованием делювиального суглинка или аллювиальными отложениями раннего голоцена.
Для этой культуры характерна главным образом пластинчатая техника раскалывания кремня. Преобладающая форма нуклеусов — подпризматическая, хотя встречаются и аморфные нуклеусы от отщепов. Среди орудий — различные скребки, резцы, пластинки со скошенный концом и скошенным краем, скобели, наконечники стрел на пластинах (в поздних памятниках). Широко представлена микрорезцовая техника. В ряде стоянок найдены и костяные изделия — кинжалы с пазами для вкладышей, гарпуны двусторонние и односторонние, наконечники стрел, шилья, роговые муфты и т. п. На стоянке Ильмурзино встречена галька с гравировкой. Инвентарь изготовлен большей частью из однородного светло-серого и желтоватого кремня относительно невысокого качества, добывавшегося, вероятно, из обнажений пермских пород или из плиоценовых галечников.
Из всех исследовавшихся раскопками памятников мезолита Предуралья только два многослойных (с наличием неолитических горизонтов) — Давлеканово и Муллино. На обоих мезолитический слой выделяется стратиграфически. Кроме того, на стоянке Ильмурзино под двумя мезолитическими слоями (Ильмурзино II и III) прослежен и палеолитический слой (Ильмурзино I).
Важнейшими памятниками романовско-ильмурзинской культуры являются эпонимные стоянки — Романовка II и Ильмурзино. Романовка II расположена вблизи г. Уфы, на западном берегу старицы левого берега р. Белой, на мысу 17-метровой надпойменной террасы. Она открыта Г.Н. Матюшиным в 1969 г. и исследовалась им же в 1960–1969 гг. Раскопано 258 кв. м. Культурный слой с микролитическим инвентарем залегал в суглинке буровато-коричневого цвета. Пыльцевой анализ, выполненный В.К. Немковой, показал, что время существования стоянки с мезолитическим материалом совпадает с холодной степью с растительностью перигляциального типа. Учитывая экстрагляциальность области, В.Л. Яхимович считает, что это могло быть только в конце последнего оледенения, т. е. не позже X–IX тысячелетий до н. э.
В составе инвентаря (табл. 86) стоянки нуклеусы одноплощадочные и двухплощадочные подпризматические с круговым скалыванием, одноплощадочные подконические с круговым скалыванием, торцовые одноплощадочные от пластин со скошенными и прямыми площадками, подпризматические и подконические от отщепов с двусторонним скалыванием. Основной заготовкой для орудий служила ножевидная пластина (табл. 86). Скребки изготавливались на пластинах и отщепах, по типам они подразделяются на концевые (в том числе скошенные и с подретушированными боковыми краями), подокруглые и боковые, рабочие лезвия оформлены крутой ретушью. Есть двойные экземпляры. Среди резцов преобладают формы на сломанном конце заготовки (в основном на пластинах). В достаточно большом числе встречены резцы бокового и срединного типов. Изготавливались эти орудия на пластинах, отщепах и осколках. Резцовые сколы у большинства короткие. Встречены двойные, тройные и четверные резцы.
Широко представлены вкладыши из сечений пластин. Как правило, мелкой затупливающей ретушью у них обрабатывался один край пластинки на спинке или на брюшке, но иногда ретушированы и оба края (на спинке или противолежащим образом). Среди острий найдены две пластинки — со скошенным ретушью концом и с двумя сходящимися ретушированными краями. Режущие орудия главным образом представлены ножами на пластинках с частичной ретушью, хотя встречены и ножи с полностью ретушированными краями. Были распространены скобели на пластинках с широкими и неглубокими выемками. Встречены симметричные проколки на пластинах с невыделенным «жальцем». Есть комбинированные орудия: резцы-ножи, резцы-вкладыши, скребки-ножи, скребки-скобели и т. д.
Стоянка Ильмурзино находится на юго-восточной окраине одноименного села Кушнаренковского р-на БАССР. Она также располагалась на второй надпойменной террасе р. Белой. Эта терраса здесь четко выражена и возвышается на 6–8 м над первой надпоймой. Стоянка открыта в 1961 г. и исследовалась Г.Н. Матюшиным в 1961–1969 гг. Раскопано 200 кв. м. Под голоценовой почвой в красно-буром делювиальном суглинке располагались три культурных слоя (горизонты 1–7) с микролитическими находками. Особенно четко выделялись из них два нижних горизонта (6–7). Цвет суглинка, в котором они были заключены, несколько отличался от верхних, более темных слоев. По составу находок горизонты 6–7 также были несколько более архаичными, нежели горизонты 3–5. Общая мощность культурных горизонтов около 2 м. На основании анализа пыльцы из культурного слоя было установлено, что нижние горизонты относились еще к плейстоцену, а верхние — к рубежу плейстоцена и голоцена.