水洞沟遗址的年代经过14C和铀系法测定水洞沟文化属于晚更新世中期，即水洞沟文化层属于旧石器时代晚期文化。最新的测年结果显示，水洞沟旧石器时代文化年代主要集中在3.5～2万年之间。水洞沟文化的面貌很复杂，它不仅有我国华北旧石器时代文化的一般特征，如工具的毛坯以石片为主，工具以各类刮削器最为普遍等；它更具有其独特性的一面。例如，生产石叶的长身石核在水洞沟文化中十分发达；打片前预先修理台面，形同龟背状的具有勒瓦娄瓦技术的石核占有一定的比例；石叶是水洞沟旧石器文化最突出的特征和标志；尖状器、端刮器和部分边刮器在器形和制作技术上与欧洲旧石器时代中、晚期的莫斯特尖状器、“新月形”边刮器、奥瑞娜期端刮器相似。正是因为这些特征，使得早在遗址发现之初，德日进等就认为水洞沟文化可以与欧洲旧石器进行比较。
1968年，法国考古学家博尔德在研究了巴黎古人类研究所的水洞沟标本后，也认为“它真是一个勒瓦娄瓦技术的莫斯特工业”，并且是“一个处于向旧石器晚期过渡的十分发达的莫斯特工业”。我国学者也注意到了这些现象，并给与了解释。
虽然不同学者对水洞沟文化的性质有一个大致相似的结论，即具有欧洲旧石器时代中、晚期文化的特征，但是对于其“东西混合”的特点，学者们却难以将其归入我国目前已知旧石器时代晚期的任何类型，而只能认为是我国最具有欧洲旧石器时代文化传统的单独类型。不过，新的发现与研究还是给这个问题的解决带来了希望。2002年5月，侯亚梅在巴黎自然历史博物馆人类学研究所观察来自水洞沟20世纪20年代发掘出土的标本时，发现几件小型石核与其先前研究并命名的发现于中国华北泥河湾东谷坨遗址的“东谷坨石核”类型相似。这表明，水洞沟的石器工业可能受到以华北为中心的旧石器文化的影响，即其文化的根源还是在中国的华北地区；只不过在旧石器时代晚期西来文化的挺进促使水洞沟发生了一定规模的以石叶文化取代石片文化的变革，其石片也多产自勒瓦娄哇石核，相反华北地区发生的细石器技术革命对于水洞沟的影响却极小，甚至没有。无论如何，水洞沟文化具有“东西混合”的特点，正是东西方文化交流的产物。