Contiene evidencias de la presencia humana desde el período lítico hasta el arcaico.
Encontró numerosos sitios arqueológicos, pero sus principales trabajos se centraron en dos cuevas: Piquimachay y Jayhuamachay.
En el nivel más inferior de Piquimachay (a la que denominó fase Pacaicasa) MacNeish halló piezas líticas asociadas con huesos de fauna pleistocénica (megaterios, caballos, etc.) a los que otorgó un antigüedad de 22.000 años, el fechado más antiguo para el período lítico andino.
Hacia el 7.000 a 6.000 a. C. ocurrieron importantes cambios en la cuenca de Ayacucho.
El cazador se volvió semisedentario y empezó a aprovechar sus conocimientos sobre las plantas y animales tras milenios de familiarización con estas especies.