下川是歷山東麓的一個山間盆地,盆地南北向,狹長4.5公里,東西最寬處2公里,海拔1550米。盆地下伏基岩和周圍山巒為寒武紀和奧陶灰岩組成,盆地南端有一峽谷坡度較大,水流由此泄出。下川盆地的土狀堆積可分為三層:下層為晚更新世早期的礫石岩;中層為晚更新世中期微紅色亞粘土層;上層為晚更新世末期灰褐色亞粘土層。下川文化遺物就分布在盆地周邊的第二階地地表,以及階地上層的晚更新世末期灰褐色亞粘土中。
1973年—1974年,山西省文物工作委員會第一次進行調查發掘。1976年—1978年中國社會科學院考古研究所與山西省文物工作委員會合作,在下川遺址進行了局部試掘,一致認為:下川遺址是中國華北地區舊石器時代晚期後一階段以細石器為主要特徵的一種石器文化。