El segundo gran paso en el proceso evolutivo de hominización lo constituye la adquisición de un mayor volumen cerebral. Los Australopithecus, entre los que se encuentran los A. afarensis, con un cráneo primitivo y un cuerpo humano, que habitó Etiopía hace 3.3 millones de años (m. a.), (a partir del que probablemente evolucionó el A. boisei y el A. aethiopicus, que vivió en Kenia hace 2.7 m. a.), A. africanus, con un cráneo avanzado y un cuerpo simiesco, vivió desde 3-2.6 m. a., A. barelgazeli, del Norte de África(probablemente una variación del A. afarensis), que vivió desde 3.3 hasta 3.1 m. a., A. ghari, del Norte de Adis Abeba, hace 3.6-2 m. a., el sudafricano A. robustus, de hace 1 m. a. (que probablemente evolucionó a partir del A. graciles, a su vez derivado del Ardiphitecus de hace 4-5 m. a.), el A. anamensis, que habitó Kenia desde 4.2-3.9 m. a. (evolucionó muy probablemente del A. ramidus, que vivió en Etiopía, cuya datación le dio una antigüedad de 4.4 m. a.), los Australopithecus, decimos, se adaptaron a la ingesta de vegetales correosos y fibrosos, muy duros, como lo demuestra la posesión de molares robustos. Su volumen craneal era de 385 centímetros cúbicos (c. c.) hace 4 m. a. Correspondiente al A. afarensis, para aumentar hasta 415 c. c. en el A. africanus y 500 c.c. en el A. boisei, pero después de uno y dos millones de años de evolución, respectivamente. No alcanzaron un volumen cerebral mucho mayor que el de los actuales simios antropomorfos. Las últimas especies de Austrlopithecus se extinguieron en el Pleistoceno. Habían aparecido en África hace casi 5 m. a., en el Plioceno. En este periodo surgió el género Homo. La primera especie, H. Habilis, con un volumen cerebral de 600 c. c., hace 2 m. a., aunque de tamaño similar al Austrlopithecus. El H. habilis fue sustituido por el H. erectus. Fue el primer cazador-recolector, como lo atestiguan la abundancia de huesos en los yacimientos. En 300.000 años su cerebro alcanzó los 900 c. c., superando a los primates no humanos. El H. erectus dio paso al H. sapiens en el Pleistoceno, que alcanzó un volumen cerebral de 1150 c. c. El cerebro del ser humano actual llega a una media de 1350 c. c., casi 1000 c. c. más que los primeros Australopithecus ¿qué desencadenó este desarrollo del tamaño cerebral? Los primates no humanos consumen un 10 por ciento de las kilocalorías totales de la dieta en el funcionamiento del cerebro. El metabolismo del cerebro humano en reposo consume hasta la cuarta parte de la energía, el 25 por ciento del gasto energético, lo que implica que por término medio necesita diariamente unos 100 gramos (g) de glucosa ( 1 g de glucosa produce una energía de 4 kilocalorías).

Los primeros miembros del género Homo evolucionaron, probablemente, a partir del Australopithecus graciles. El H. rudolfensis y el H. Habilis habitaron en Kenia hace 2 m. a., al igual que el H. ergaster, pero esta especie hace 1.75 m. a. El H. Erectus vivió desde 1.8 hasta 1.6 m. a. De él evolucionó el H. Sapiens (hace 600.000 años). Las mandíbulas de los primeros Homo habían evolucionado para comer alimentos blandos y de mucho rendimiento energético. Sus molares eran menores que en los predecesores. Comían menos vegetales y más alimentos de origen animal. La extensión de la sabana africana, así como el aumento de la aridez por el cambio climático disminuyó la producción de los vegetales que les servían de alimento, al tiempo que aumentaban los antílopes, que podían ayudar en la nutrición de estos primeros componentes de los cazadores-recolectores, pertenecientes al H. erectus. Esta hipótesis se encuentra documentada en el aumento de huesos en los yacimientos. No se hicieron carnívoros exclusivamente, pero su dieta se hizo mucha más variada y en consecuencia mas rica en nutrientes y en aporte calórico. No debemos pensar en un único factor cuando analizamos la evolución cerebral, pues una constante de la Biología es su complejidad. La base seguía siendo los vegetales.

Los alimentos del género Homo presentaban una alteración de su textura. La arqueología demuestra que el H. habilis utilizaba diferentes herramientas para procesar los alimentos. Para dominar nuevas técnicas nutritivas eran fundamentales los nuevos comportamientos adquiridos con el desarrollo cerebral, obteniendo cada vez una dieta de mayor calidad.