新石器時代中期之後往向中央山脈較高的台地或山地地區移動的人群逐漸增加；同時，沿海平原由於海水後退所露出的廣大平原海階，可以提供居住、耕種。使聚落與人類活動的領域逐漸擴張，生存環境因而愈來愈多樣化。另外，亞洲大陸沿海居民的文化傳入影響。導致此一時期的史前文化發展呈現多元化、複雜化。原本性質和來源相類的新石器時代中期文化到這一階段演變為類型複雜，適應於不同生態環境的人類群體。目前可以辨認的文化單位包括：圓山文化晚期、植物園文化、芝山岩文化、營埔文化、大湖文化、鳳鼻頭文化、卑南文化、麒麟文化。存在年代約在距今3500—2000年之間，和中國的新石器時代晚期和青銅器時代相當。此一階段是台灣史前文化呈現相當多元繁盛的面相：一、陶器方面：逐漸放棄繩紋裝飾，出現精美的彩陶、黑陶，器形種類增加，並出現少量的三足器。二、生業型態：平原地區的聚落以農業為主，已經出現成熟的稻作農業，根莖類作物也仍然重要。從遺址中出土的貝類、魚骨、山羊、山豬骨頭等食物渣滓可知狩獵、漁撈仍佔重要地位。三、聚落型態：由於生產力大為增加，人口逐漸增加，聚落也隨之擴大、增多，出土的遺址範圍大甚至開始修築聚落外圍圍牆，聚落亦有向中央山脈較高的台地或山地地區移動，可能是因為土地資源爭奪及族群互動而發生戰爭所導致的結果。四、社會組織：有繁複的社會組織和喪葬儀禮，例如卑南文化將石棺、墓葬埋在聚落裡，且有豐富精美的陪葬玉器、陶器。這些均耗費大量的社會資源，顯示當時已經有繁複的社會組織和統治階級，可能已經出現比部落社會要更進一步的部落聯盟或酋邦。五、對外交流：從台灣玉器製造與使用的流通所形成的互動圈遍及台灣各地區看來，當時各聚落之間往來與交換關係必定十分密切。但是，各部落也可能因為爭奪土地資源或其他因素而發生戰爭。1950年代學界依臺北市植物園遺址與臺北縣樹林市狗蹄山遺址出土遺物命名，原稱「方格印紋陶文化」或「方格印紋厚陶文化」，這個文化年代約在距今3000—2000年前，主要分布於臺北盆地南部、大漢溪西岸地區，晚期也分布到北海岸地區一帶。主要遺址有臺北市植物園遺址、樹林鎮狗蹄山遺址、潭底遺址，新莊市營盤口遺址。植物園文化的陶器舊稱為「方格印紋厚陶」，質地主要為泥質含砂，植物園文化的陶器舊稱為「方格印紋厚陶」，質地主要為泥質含砂，火侯約在500—550℃之間，顏色為褐色、淺褐色及淺紅色系。器形多為不帶把手的罐、缽，陶器表面多飾以拍印的方格紋、折線紋或魚骨紋。石器的形制與圓山文化相似且類型繁多，器形主要有鋤、斧、錛及鑿等，其中以農具所占的比例較高，漁獵具比例很少，大型的農具很多，而且也沒有骨角器，可見其生活方式較倚賴農業耕作。目前學界對這個文化的屬性有不同意見，一者認為植物園文化內涵與圓山文化相近，應是從圓山文化逐步演變而來。另一種看法則認為植物園文化是從中國閩南、粵東一帶移民而來，抱持後者看法的人以為遺址中有不少磨製的大型石斧，類似的器物常常出現在太平洋上的各小島。還有一種形式厚重的磨製石錛，類似的器物在島外的其他地區的研究中，被認為與造船技術有關，因此對圓山文化的人類而言，海洋可能不構成阻礙，反而是新的移動途徑。1950年代宋文薰、張光直依臺中縣大肚鄉營埔遺址出土遺物命名，原稱「大甲臺地第一黑陶文化」。此文化的年代大約在距今3500年至1800年前。其分佈範圍從海岸地區的大肚臺地沿著大甲、大肚、濁水等溪流的河階地和丘陵上，並向內陸延伸一直到達埔里盆地，主要代表遺址有台中縣大肚鄉營埔遺址、新社鄉水底寮遺址、南投縣埔里鎮大馬璘遺址、集集鎮洞角、大坪頂遺址等，是臺灣中部地區主要的史前文化。但由於分布範圍廣泛，各遺址雖有明顯的共同特文化徵，卻也同時呈現一些地域性的差異。一般而言，此一文化的陶器以灰黑陶為主，紅褐色陶次之，二者都含砂，手製並有少許輪修。此外並發現有少量磨光黑陶。通常在灰黑陶的口緣及腹部外側施有壓印紋飾，紋飾種類甚多，有波浪紋，羽狀紋、圈點紋、貝文、點刺紋、弦紋及彩繪紋等構成繁複的圖案。器型以罐、缽為主，陶罐部分有蓋，並有圈足及三足（鼎足），這種特徵少見於台灣其他地區，常見於中國大陸黃河、長江一帶的史前遺址。石器方面，使用大量磨製石器，石器中以農業用具為主，有大型石鋤、石犁；漁獵工具如打製石斧、石錛、石矛、石簇、網墜等。營埔文化遺址中所出土的與生業有關的直接證據較少，但從出土遺物的種類及營埔遺址陶片上發現稻殼的印痕，仍可推知當時人是以農業為主、漁獵為輔的生業型態農耕，而種植的作物以稻米為主，但是漁獵仍佔相當重要的地位。此外，並有少量石環、陶環等裝飾品和儀式性形石器（巴圖）以及少量玉製飾品出土。大湖文化約距今3500--2000年前。主要分布於臺南和高雄的沖積平原一帶，以臺南縣的烏山頭和高雄縣的大湖遺址為代表。主要遺址有高雄縣湖內鄉大湖，臺南縣仁德鄉十三甲。永康市六甲頂，官田鄉烏山頭、國母山，臺南市三本木、清風莊、六甲頂等遺址。近來在臺南科學工業園區內，又發現了幾處大湖文化的遺址。這個文化的陶器以灰黑色、紅色夾砂陶為主，器形有罐、盆、杯、缽為主，有些容器附圈足或三足，表面多有刻劃紋、方格紋、繩印紋、彩繪等多種紋飾。此外還有相當數量的彩陶和黑陶，其中最著名的為劃紋黑陶，薄而光亮，外表飾以曲折波浪狀篦紋，大湖文化因此被視為南部地區的黑陶文化。石器則出現大量板岩、砂岩製的農耕用具，有石鋤、石鏃、石刀和石錛等，類型和牛稠子文化相差不多，但也增加了一些新的類型，如馬鞍形和柳葉形石刀。貝塚的普遍和大量使用骨角貝器和裝飾品，也是大湖文化的特色。由臺南科學工業園區內的三抱竹遺址出土之密集柱洞遺痕推測，當時的聚落是屬於集居，房屋成排排列。此一時期的文化，隨著南科園區大規模的發掘中的發現，瞭解這些遺址的存在時間與文化內容多少可見差異。例如在墓葬方面，大馬磷遺址以石板棺墓葬為主。烏山頭遺址多數無葬具遺留，亦無陪葬品，但有將陶片覆於死者臉上的風俗。三抱竹遺址中，成人墓葬以俯身直肢葬為主，陪葬陶容器通常置於距離頭部上方六十公分以上之處，嬰兒使用甕棺葬。由上可知遺址都各有特色，且似乎已有社會制度化的行為。卑南文化分布於臺東平原、花東縱谷和臺東海岸山脈南部以至於恆春半島，以臺東市南王里卑南遺址最具代表性。早在日據時期，這個遺址就已經被發現，日籍學者曾在此調查發掘，1980年，由於東線鐵路改道、拓寬並設立卑南新站等工程，使得卑南遺址的大量石棺墓葬群暴露出來。經過台灣大學考古隊的搶救發掘，獲得大量的文化遺物及若干建築遺存，而遺址的今日也矗立著台灣最具規模的史前文化博物館。卑南遺址年代在 3500-2500年前之間，是一處聚落遺址，其範圍可能超過 80萬平方公尺，不但是2、3千年前的大聚落，也是目前在臺灣所發現最大的史前聚落之一。遺址發掘中可見石棺之上有許多的大礫石和版岩石石板，考古學家清理分析後，發現這些石板原是排列有序的房屋建築，住屋的格局相當一致，且屋外有倉儲結構。這些地面上的建築和地下的墓葬有著相對應的密切關係，推測是當時實行室內葬的結果。墓葬則是以板岩石板拼成長方形的葬具，採直肢葬，埋葬方式有複體葬和單體葬。由墓葬的大小、形制以及陪葬品中的玉器、陶器等判斷，卑南文化的社會上已有貧富或階級之分。器具方面，有陶罐、陶紡輪和陶環，以及石刀、石矛、石鐮、石鏃、石針、石斧、石網墜、凹石和石棒等。推測卑南文化應該是一個農業社會，種植穀類作物為主，狩獵為輔的生業型態。遺址中甚少出土漁具和魚骨，顯示漁撈可能不是主要的生業活動。