Ο οικισμός της Πολιόχνης κτίστηκε κατά την Τελική Νεολιθική (4η χιλιετία π.Χ.) σε χαμηλό λόφο της ανατολικής ακτής της Λήμνου, στο μυχό του προστατευμένου κόλπου του Βρόσκοπου. Η θέση του οικισμού στον απέραντο σιτοβολώνα του νησιού οδήγησε στην ανάπτυξη της αγροτικής οικονομίας και την εξασφάλιση πλεονάσματος, ικανού να καλύψει τις διατροφικές ανάγκες πολλών εκατοντάδων κατοίκων. Επιπλέον, η θέση της Πολιόχνης, σε ένα από τα ασφαλέστερα αγκυροβόλια του θαλάσσιου εμπορικού δρόμου από και προς τον Εύξεινο Πόντο και απέναντι από την Τρωάδα, οδήγησε σύντομα στην υπέρμετρη οικονομική της ανάπτυξη και την ανάδειξή της σε ένα από τα πρωιμότερα και σημαντικότερα πρωτοαστικά κέντρα της Πρώιμης Χαλκοκρατίας (3η χιλιετία π.Χ.) στο Αιγαίο, που ανταγωνίζεται τους ισχυρούς οικισμούς της γειτονικής μικρασιατικής ακτής, την Τροία και το Liman Tepe (Κλαζομενές).

Στα αρχιτεκτονικά λείψανα της Πολιόχνης διακρίνονται επτά οικοδομικές φάσεις, οι οποίες πιστοποιούν την κατοίκηση του οικισμού από την Tελική Nεολιθική μέχρι την Ύστερη Χαλκοκρατία. Η λεγόμενη Μαύρη Πολιόχνη ανήκει στην Τελική Νεολιθική, η Κυανή, Πράσινη, Ερυθρά και Κίτρινη φάση στην Πρώιμη Χαλκοκρατία (3000-2300 π.X.), η Καστανή καλύπτει τμήμα της Μέσης, ενώ η Ιώδης τμήμα της Ύστερης Χαλκοκρατίας. Στην κατοίκηση σημειώνονται δύο κενά, ένα στα τέλη της Πρώιμης και ένα στη διάρκεια της Ύστερης Χαλκοκρατίας.

Ο οικισμός της Πρώιμης Χαλκοκρατίας απλώθηκε σταδιακά σε έκταση 13.500-15.000 τετραγωνικών μέτρων. Περιλάμβανε εξ ολοκλήρου λιθόκτιστα κτήρια με ορθογώνια ή ακανόνιστα δωμάτια και αυλές, οργανωμένα σε οικοδομικές νησίδες διαφορετικού μεγέθους. Τη βασική οικοδομική μονάδα αποτελεί το στενόμακρο ορθογώνιο, τριμερές κτίσμα (μεγαρόσχημο), στις μακρές πλευρές του οποίου προσαρτώνται μία ή δύο σειρές στενών βοηθητικών χώρων, που είναι κυρίως αποθηκευτικοί ή εργαστηριακοί. Μία κεντρική οδική αρτηρία, παράλληλη με την ακτογραμμή, διασχίζει τον οικισμό από νότο προς βορρά και τέμνεται κάθετα από μικρότερους δρόμους, εξασφαλίζοντας την επικοινωνία και των πιο απομακρυσμένων νησίδων. Πρόκειται για το πρωιμότερο γνωστό δείγμα του "γραμμικού" πολεοδομικού συστήματος στο Αιγαίο και τα Βαλκάνια, που λίγο αργότερα εφαρμόζεται στη Θερμή V της Λέσβου και την Τροία IIg. H Πολιόχνη οχυρώνεται από την Κυανή φάση με μνημειακό περίβολο, κτισμένο με ορθογώνιους ή πολυγωνικούς δόμους, που σώζεται σε ύψος μέχρι 4,5 μέτρα. O λίθινος περίβολος επεκτείνεται διαρκώς έως και την Κίτρινη φάση προς την πλευρά της στεριάς και περιλαμβάνει πύλες, ενισχυμένες με ορθογώνιους ή τραπεζιόσχημους πύργους. Στόχος των έργων αυτών είναι τόσο η προστασία από τις αιφνίδιες πλημμύρες του χειμάρρου που ρέει στα νότια του οικισμού όσο και η διαφύλαξη των κοινοτικών αγαθών από πιθανές εξωτερικές διεκδικήσεις.

Η υποδειγματική πολεοδομική οργάνωση του οικισμού -που στην τελευταία του φάση στεγάζει τουλάχιστον 1500 κατοίκους- η ύπαρξη οχυρωματικού τείχους, το λειτουργικό οδικό δίκτυο, οι δύο πλατείες με τα κοινόχρηστα πηγάδια, το εκτεταμένο αποχετευτικό σύστημα, που βρισκόταν κάτω από τους επιμελώς πλακοστρωμένους δρόμους, τις πλατείες και τις αυλές, δίνουν, από την αρχή κιόλας της 3ης χιλιετίας π.Χ., την εικόνα μιας οργανωμένης πόλης, που δίκαια χαρακτηρίζεται ως η πρώτη πόλη της Eυρώπης. O συντονισμός και η πραγμάτωση έργων κοινής ωφέλειας, όπως η οχύρωση, οι δρόμοι, τα πηγάδια κ.ά, προϋποθέτουν την ύπαρξη κάποιου συντονιστικού οργάνου καθώς και τη συναίνεση και συμμετοχή όλων στα κοινά. H "Kοινοτική αποθήκη", γνωστή ως "Σιταποθήκη", και η αρχαιότερη στην Ευρώπη "Kοινοτική αίθουσα τελετών", γνωστή ως "Bουλευτήριο", που πλαισιώνουν τη νότια πύλη του τείχους, καθώς και το μνημειώδες μέγαρο 317, που δεσπόζει στη βόρεια και μεγαλύτερη πλατεία του οικισμού, αποτελούν αδιάψευστους μάρτυρες της πολιτικής οργάνωσης της Πολιόχνης στις αρχές της 3ης χιλιετίας π.X.

H οικονομική οργάνωση και κοινωνική σύνθεση της κοινότητας ανιχνεύεται, εκτός από την αρχιτεκτονική, στην ποιότητα και την κατανομή των ευρημάτων στις διάφορες αρχιτεκτονικές φάσεις. Στον τομέα της αγροτικής οικονομίας συνέβαλαν όλες ανεξαιρέτως οι οικογένειες. H υφαντουργία, τα προϊόντα της οποίας αποτελούσαν ανταλλάξιμα εμπορικά είδη, διεξαγόταν στα περισσότερα νοικοκυριά. Η μεταλλοτεχνία ήταν εξειδικευμένη εργασία, χωρίς όμως να αποτελεί μονοπώλιο μιας οικογένειας. H απόκτηση των απαραίτητων πρώτων υλών και η προώθηση του μπρούντζου, είτε σε μορφή πρώτης ύλης είτε σε μορφή τελικών προϊόντων, έδωσαν ώθηση στις εμπορικές επαφές με την Tροία και ιδιαίτερα με τις Κυκλάδες και την ηπειρωτική Ελλάδα. Στο σημείο αυτό θα πρέπει να τονιστεί ο ρόλος της Πολιόχνης στο θαλάσσιο εμπόριο και η συμβολή της στη διάδοση της μεταλλοτεχνίας του μπρούντζου στο κεντρικό και νότιο Αιγαίο. Η διάδοση της τεχνογνωσίας αυτής καθώς και κεραμικών τύπων του βορειοανατολικού Αιγαίου δεν αποκλείεται να προέκυψαν από μετακινήσεις πληθυσμών από τα νησιά του βόρειου στο νότιο Αιγαίο κατά τη φάση Λευκαντί Ι-Καστρί.

H εντατική άσκηση του εμπορίου οδήγησε, ήδη πριν τα μέσα της 3ης χιλιετίας, στη συγκέντρωση πλούτου στα χέρια τεχνιτών και εμπόρων, που εκδηλώνεται με την παρουσία μαρμάρινων αγγείων και χρωματοθηκών από τις Κυκλάδες, κεραμικής από τις Κυκλάδες και την ηπειρωτική Ελλάδα, αλλά και με την αποθησαύριση χάλκινων εργαλείων και όπλων (θησαυρός Kόκκινης Πολιόχνης) και χρυσών κοσμημάτων (Kίτρινη Πολιόχνη), όμοιων με εκείνα από το λεγόμενο "θησαυρό του Πριάμου", που βρέθηκαν στην πόλη IIg της Tροίας. Την οικονομική ακμή της Πολιόχνης διέκοψε κατά την Κίτρινη φάση ένας αναπάντεχος, ισχυρός σεισμός, που προκάλεσε την εγκατάλειψή της.