Một số hiện vật là công cụ đá thu được sau khai quật.Vào tháng 7/2018, trong quá trình tu bổ, tôn tạo Đền Thắm, đơn vị thi công phát hiện nhiều di vật thời tiền sử trong hang đá bên cạnh đền. Ban quản lý đền đã thông báo đến cơ quan chức năng. Tháng 9/2018, Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch quyết định cho khai quật khảo cổ tại đây.Theo PGS, TS Bùi Văn Liêm, Phó Viện trưởng Viện Khảo cổ học, không gian phân bố di chỉ là một hốc đá nhỏ hẹp nhưng có vị thế thuận lợi, được người xưa chọn làm nơi cư trú và chôn cất những người đã mất của cộng đồng. Tiến hành khai quật trên diện tích 15m² trong hang đá phát hiện dấu tích của ít nhất bốn mộ táng; thu thập 168 mẫu tàn tích thức ăn là vỏ nhuyễn thể và xương răng động vật, 22 hiện vật đá (công cụ lao động, đồ trang sức, phế vật), hai hiện vật xương, một hiện vật đồng, 725 mảnh gốm các loại (nồi, bình, bát bồng). Đa phần gốm mảnh ở đây thuộc nhóm đồ gốm tùy táng chôn theo mộ. Qua nghiên cứu di tích, di vật, so sánh với các di chỉ ở khu vực, bước đầu có thể nhận định, di chỉ khảo cổ Đền Thắm thuộc vào giai đoạn hậu kỳ Đá mới - sơ kỳ Kim khí, cách ngày nay khoảng trên dưới 3.000 năm.Di tích Đền Thắm nơi phát hiện di chỉ khảo cổ.Cũng theo Viện Khảo cổ học, di chỉ khảo cổ Đền Thắm là di chỉ đầu tiên thuộc giai đoạn hậu kỳ đá mới - sơ kỳ kim khí được phát hiện và khai quật nghiên cứu khảo cổ ở Bắc Kạn, đóng góp một nguồn tư liệu rất quan trọng trong việc nghiên cứu giai đoạn tiền - sơ sử Bắc Kạn nói chung. Tuy nhiên, hiện nay, di chỉ bị xâm hại nặng nề, gần như bị phá huỷ hoàn toàn, chỉ còn một cột địa tầng rất nhỏ dài khoảng một mét nằm bám sát vách ngoài của hang. Do vậy, Viện đề nghị tỉnh lập kế hoạch bảo tồn phần diện tích ít ỏi này của di tích.Hội nghị cũng thống nhất mở rộng tuyên truyền kết quả nghiên cứu, khai quật khảo cổ tới rộng rãi nhân dân. Đối với các hiện vật thu được, một phần bảo quản tại Đền Thắm, một phần đưa về bảo quản, trưng bày tại Bảo tàng tỉnh. Sở Văn hoá, Thể thao và Du lịch tiếp tục tham mưu UBND tỉnh lên phương án bảo vệ, phát huy di chỉ khảo cổ này.