Ludność neolityczna z Anatolii migrowała na Bałkany od VII tysiąclecia p.n.e., łącząc się z lokalnymi grupami mezolitycznymi. Wczesno-neolityczna ceramika w zachodniej Bułgarii charakteryzuje się malowanymi naczyniami w kształcie tulipana. Kultura Karanowo w Tracji posiada czerwono-brązowe kubki w kształcie tulipana oraz geometryczne ornamenty. Ceramika z północnej Bułgarii jest czarna, wypolerowana i posiada zygzakowate rowki. Późny neolit wprowadza cylindryczne kubki i grube dzbany na wodę. Figurki antropomorficzne ewoluowały od małych stylizowanych postaci do siedzących kobiet ze złączonymi nogami i dziobowymi nosami. W Tracji występują kopce tellowe, w zachodniej Bułgarii nieliczne telli, a na północy otwarte stanowiska. Domy budowano z przeplatanych patyków i gliny, w Durankulaku z dodatkiem kamienia. Młodych chowano pod podłogami domów lub w ceramice, później w nekropoliach takich jak Durankulak. W okresie chalkolitu wprowadzono wytapianie miedzi na narzędzia, co zwiększyło nadwyżki rolnicze. Miedź eksportowano z Bałkanów na północne wybrzeże Morza Czarnego. Nekropolia w Warnie pokazuje ogromne różnice w zamożności, z bogatymi grobami wodzów. Narzędzia miedziane szybko się tępiły, ale umożliwiły handel i złożoność społeczną. Zaawansowane kamienne domy sygnalizują powstającą cywilizację. Okres chalkolitu kończy się wraz z wynalezieniem brązu około III tysiąclecia p.n.e.