Her ne kadar Pausanias Klazomenai arazisinde İonlardan önce hiç kimsenin yerleşmediğinden dem vuruyorsa da, İonların ilk yerleşim alanı içinde kalan Limantepe Höyüğü'nde, son buluntuların Neolitik döneme kadar uzandığını gösterdiği bir tarih öncesi yerleşmenin varlığı ortaya çıkarılmıştır. Özellikle Erken Tunç Çağı II dönemine ait (M.Ö. III. bin yıl) ve Troia II ile çağdaş Atnalı kuleli büyük sur ve yerleşme içindeki Kıta Yunanistan kültürleriyle ilişkilendirilebilecek anıtsal idari yapılar dikkati çekiyor. Buluntular bu erken kentin tüm Ege dünyasıyla yakın ilişki içinde olduğunu belgeliyor. Keza bir çok İon kentinde izlendiği gibi İonlar'ın öncesinde, yine pre-Hellen bir kültürü temsil eden Mykenlerin iskanına sahne olduğu ele geçen buluntularla ortaya çıkarılmıştır. Adı bilinmeyen bu erken kentin M.Ö. 1100 dolaylarında terkedildiği anlaşılıyor. Son yıllarda ele geçen buluntular ise 'karanlık çağlar' olarak bilinen döneme ait de ipuçları verebilecek niteliktedir.
Klazomenai'de Ion göçmenlerine ait olan arkeolojik izler Demir Çağı başlarına aittir. Kentin kuruluş aşaması olarak kabul edebileceğimiz bu izler M.Ö. 4. bin yıllarından itibaren iskan görmüş olan Limantepe mevkiindedir. Urla iskele yolunun doğusunda yer alan HBT sektöründe bulunan orta ve geç proto geometrik dönem nekropolü ve erken proto geometrik dönem seramik fırını kentin güneye ve batıya doğru genişlediğini kanıtlamaktadır.
Klazomenai'de yapılmış ilk bilimsel kazı, 1921 ve 1922'de, Yunan arkeolog G. P. Oikonomos tarafından gerçekleştirilmiştir. 1979 ve 1980 yıllarında Kültür Bakanlığı'nın yaptığı çalışmalardan sonra, 1981 yılında Güven Bakır'ın başkanlığını yaptığı kazı çalışmaları başlamış, 2007 yılından bu yana Klazomenai kazısının başkanlığını Prof. Dr. Yaşar E. Ersoy üstlenmiştir.
Yerleşmenin merkezini A harfi ile belirtilmiş Limantepe höyüğü ve B, C, D harfleriyle belirtilmiş komşu tarlalar oluşturur. Bu tarlalardaki kazı sektörleri tarla sahibinin adıyla adlandırılmıştır: Feride Gül tarlası, Mehmet Gül Tarlası, Hamdi Balaban Tarlası. Ege Üniversitesi Coğrafya bölümünden Prof. Dr. İlhan Kayan, Bochum Üniversitesinden Dr. Gerth Schröder ve Dr. Filiz Demirel'in halen sürmekte olan jeofizik araştırmaları antik dönemdeki kıyı şeridinin bugünkünden farklı olduğunu ve kentin doğusunda bir koy bulunduğunu ortaya koymaktadır. Kent çevresindeki tepelerde ve deniz kıyısında bir çok nekropolün bulunduğu bilinmektedir. Bunlar Monastirakia (1), Yıldıztepe (2), Kalabak (3), DSİ Kanalı (4), Akpınar (6) ve dağınık tümülüslerdir.
Klazomenai'de arkaik yerleşme Pers işgaliyle birlikte M.Ö. 546 civarında kesintiye uğramıştır ve kent alanı 20-25 yıl terkedilmiştir. Yerleşmede arkeolojik buluntularla izlenemeyen bu zamansal boşluktan önceki evre (M.Ö. 650-546), erken arkaik dönem olarak adlandırılır. M.Ö. 7. yüzyılın ortaları Kuzey Ionia seramik atölyelerinin Orientalizan ya da sık kullanılan ana bezeme motifinden dolayı Yaban Keçisi Stili olarak anılan yeni bir figürlü seramik stilini üretmeye başladıkları bir dönemdir. Bu seramiğin üretimiyle birlikte, bir seramik üslubu olan "geometrik" gelenek, belli formlarda varlığını korumakla birlikte, sönmeye başlamıştır. Aynı yıllar Ionialılar'ın denizaşırı yolculuklara da giderek yoğunlaşan bir şekilde çıktıkları, Karadeniz kıyıları ve Doğu Akdeniz başta olmak üzere yaygın ticari ilişkiler kurdukları yıllardır.
Klazomenai lahitleri, M.Ö. 7. Yüzyıldan 5. Yüzyılın son dörtlüğüne kadar yoğun bir şekilde üretilmiştir. Pişmiş topraktan yapılmış olan lahitler, dikdörtgen bir kutu şeklindedir. Form açısından "Normal tip" ve "Özenli tip" olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Lahitlerin pervazları üzerinde rezerve teknikte ve siyah figür tekniğinde yapılmış çeşitli bezemeler ve figürlü kompozisyonlar bulunmaktadır. Lahit üretim sırasında önce kaba kilden şekillendirilir, sonra ince bir kil tabakası ile kaplanarak pürüzsüz bir yüzey elde edilir. Son aşama olarak beyaz bir astar ile kaplandıktan sonra, tasarlanan figürler çizilirdi. Fırınlamaya hazır hale gelmiş olan lahit, olasılıkla üretildiği yerde basit, seyyar bir fırında pişirilirdi.
Normal tipteki lahitler, Özenli tipe göre oldukça fazla üretilmiştir. Bu tip, dikdörtgen kutu formundadır ve pervaz üstleri bezelidir. Lahdin formu, bezeme alanlarının sayısını ve niteliğini belirtmektedir. Form basit ise bezeme alanları az ve bezemeler de basit olmakta, form geliştikçe bezeme alanlarının sayısı ve işçiliğinin kalitesi de artmaktadır. Özenli tip olarak sınıflandırılan grubun ise, sadece pervaz üstü değil aynı zamanda iç ve dış duvarları da bezemelidir.
Klazomenai'de Özenli Tip olarak adlandırılan gruba giren lahitler oldukça titiz çalışılmış farklı formları ve farklı bezeme şemaları ile dikkati çekmektedir. Bu gruptaki lahitler, düzgün dikdörtgen formdadır ve bütün kenarların pervaz genişliği eşittir. Pervazlar üzerinde siyah figür tekniğinde yapılmış figürlü sahneler bulunmaktadır. Lahdin iç ve dış duvarları da panellere ayrılarak figürlü sahneler ile bezenmiştir.
Klazomenai, Arkaik dönemde önemli bir seramik üretim merkezi olmuştur.
