Пещера Мачай, расположенная в Сурхандарьинской долине, на правом берегу р. Мачайдарьи, между кишлаками Урта и Юкары-Мачай, была открыта и исследована в 1938–1942 гг. Г.В. Парфеновым. В 1937 г. грот посетили М.Э. Воронец и А.П. Окладников (Окладников, 1945), выделившие в нем два культурных слоя, относящиеся к мустье и мезолиту. В 1970–1971 гг. пещера раскапывалась У.И. Исламовым, который пересмотрел возраст этих слоев, признав их одновременными, и датировал эпохой мезолита (Исламов, 1975а, с. 30). В культурных напластованиях Мачая обнаружены фаунистические остатки, принадлежащие диким и домашним животным, многочисленные каменные и костяные изделия. Для верхнего слоя получена радиоуглеродная дата 7550±110 лет от наших дней, что соответствует, по мнению У.И. Исламова, позднему мезолиту (Исламов, 1974а, с. 30; 1975а, с. 106). По мнению Г.Ф. Коробковой, комплекс пещеры Мачай несколько удревнен и нуждается в уточнении.
Мачайская индустрия (табл. 96) характеризуется использованием специфического сырья — доломита, реже кремня, микролитической техники расщепления, сочетающейся с галечной. Основными заготовками были средние пластины и микропластинки. В технике вторичной обработки преобладают притупливающая ретушь, оформляющая периметр или оба края изделия со стороны спинки или брюшка, и оббивка. В наборе типов изделий характерны призматические одно- или двухплощадочные от пластин или отщепов, с односторонним или круговым скалыванием, с прямыми или слегка скошенными площадками, клиновидные, и особенно торцевые нуклеусы от пластин и отщепов, аморфные от пластин, микроскребки округлой формы и концевые на пластинах с ретушью на продольных краях, скребла на отщепах овальных очертаний, многократные скобели на пластинах и отщепах, угловые и боковые резцы, микроострия со скошенным концом и массивные острия подтреугольной формы, отщепы с подтеской концов, скребки-скобели. Значительную коллекцию (27 экз.) дают галечные орудия — чопперы, чоппинги, гальки со следами сколов, отщепы и естественные осколки доломита с признаками обработки (Исламов, Матюхин, 1974, 1975). Из костяных изделий (11 экз.) известны шилья, лощило, оправа, нож и костяная подвеска. По мнению У.И. Исламова, материалы Мачая тяготеют к обиширскому комплексу (Исламов, 1975, с. 36). Нам представляется, что по наличию большого количества микропластин и средних пластин как основных заготовок и отсутствию геометрических микролитов его можно сопоставить с центральноферганскими ранненеолитическими комплексами (Коробкова, 1969, с. 127–142; Исламов, Тимофеев, 1977, с. 10–12). Однако присутствие галечного элемента и своеобразной коллекции костяных изделий различает сравниваемые комплексы и сближает с галечными культурами эпохи неолита. На неолитический возраст стоянки указывает состав фаунистических остатков, среди которых обнаружены кости домашней коровы, и радиоуглеродная дата 5600 лет до н. э., что соответствует времени развитого Джейтуна (Массон, 1971), дарьясайских комплексов (Виноградов, 1981, с. 64–78) и гиссарской культуры (Ранов, Коробкова, 1971).
Вместе с тем в районе Сурхандарьинской равнины зафиксированы отдельные пункты, датированные исследователями мезолитическим периодом. Это сборы с Айртама, расположенного на одноименном городище античного времени (Окладников, 1945; Парфенов, 1961; Исламов, 1975а), изделия с территории Старого Термеза (Окладников, 1945), из пещеры Каттакурган. Собранные коллекции характеризуются клиновидными с торцовым скалыванием, призматическими односторонними подконическими нуклеусами, предназначенными для отделения пластин и микропластин, грубыми неправильных очертаний крупными пластинами и ножевидными микропластинками правильной призматической формы, напоминающими мачайские, концевыми скребками, изготовленными на обломках макропластин, округлыми скребками на отщепах, единичными скреблами овальных очертаний, массивными остриями с крупной ретушью по периметру, резцами, отщепами с ретушью. А.П. Окладников и У.И. Исламов отмечают их генетическое сходство с Самаркандской верхнепалеолитической стоянкой и материалами пещер Обишир 1 и 5 (Исламов, 1972б), что дает им право датировать подъемные материалы Сурхандарьинской области эпохой мезолита (Окладников, 1945; Исламов, 1975а, с. 11).