Ο οικισμός της Πολιόχνης καλύπτει έκταση 10 στρεμμάτων, δίχως να έχει έρθει στο φως η συνολική του έκταση, και κατοικήθηκε αδιάλειπτα από τα μέσα περίπου της 4ης χιλιετίας έως και τα τέλη της 3ης χιλιετίας π.Χ., ενώ μεμονωμένα κινητά ευρήματα υποδεικνύουν πιθανή μερική επανάχρηση του χώρου έως και το 1200 π.Χ. περίπου.
Οι ανασκαφείς συμβόλισαν τις διαδοχικές οικοδομικές φάσεις του οικισμού με χρώματα.
Η αρχική ίδρυση του οικισμού συμβολίζεται με μελανό χρώμα. Σε αυτή την περίοδο αποδίδονται τοίχοι με καμπύλο περίγραμμα που αποτελούσαν τις λιθόκτιστες βάσεις καλυβιών με ανωδομή από φθαρτά υλικά, τα οποία ανοικοδομούνταν αμέσως έπειτα από κάθε καταστροφή τους. Η περίοδος τεκμηριώθηκε σημειακά σε βαθιές ανασκαφικές τομές και περιλαμβάνει αρκετές διαδοχικές οικοδομικές υποφάσεις, που αντιστοιχούν σε τροποποιήσεις, επισκευές ή/και ανοικοδόμηση των καλυβιών μετά από καταστροφή. Τα σπίτια ήταν μονόχωρα, ελεύθερα από άλλες κατασκευές. Με δεδομένο ότι τα κατάλοιπα αυτά εντοπίστηκαν αποσπασματικά και μόνο εκεί που η ανασκαφική έρευνα εμβάθυνε, δεν είναι γνωστή η πυκνότητα, η διάταξη και άλλα στοιχεία οργάνωσης του οικισμού σε αυτή την φάση, εκτός από το ότι ήταν ανοιχτός, δίχως περίβολο να τον πλαισιώνει.
Η επόμενη οικοδομική φάση συμβολίζεται με κυανό χρώμα και αντιστοιχεί πολιτισμικά στην Πρώιμη Εποχή του Χαλκού ( στο εξής ΠΕΧ) Ι. Διακρίνονται δύο κύριες υποφάσεις, αρχαϊκή και προχωρημένη, με σαφή διαφοροποίηση στα αρχιτεκτονικά και κεραμικά ευρήματα.
Κατά τη διάρκεια της αρχαϊκής κυανής περιόδου ο οικισμός παραμένει ανοικτός και επεκτείνεται προς τα ΒΔ και τα ΝΔ. Σε αυτή την οικοδομική φάση αποδίδεται έργο κοινής ωφέλειας και πρώιμο επίτευγμα της μηχανικής, ένα πηγάδι, που στη συνέχεια καταργήθηκε, αλλά και μικρός λιθόκτιστος αγωγός στο νότιο τμήμα του οικισμού, ο οποίος αποτελεί επίσης έργο δημόσιου χαρακτήρα. Τα αρχιτεκτονικά κατάλοιπα που αποδίδονται στην περίοδο αφορούν κατοικίες. Αν και δεν έχουν εντοπιστεί κτήρια αυτής της περιόδου σε πλήρη κάτοψη, το ευθύγραμμο περίγραμμα των τοίχων, που σε κάποιες περιπτώσεις εδράζονται απευθείας στους καμπυλόγραμμους τοίχους της πρωιμότερης περιόδου, υποδεικνύει τετράπλευρη κάτοψη. Οι τοίχοι της περιόδου είναι πλέον λιθόκτιστοι ως το ύψος της στέγης, αμφιπρόσωπα κτισμένοι, με μικρού μεγέθους λίθους και συνδετικό υλικό την λάσπη, προερχόμενη από το αργιλώδες έδαφος της θέσης. Αιτία της καταστροφής των οικιών αυτής της περιόδου φαίνεται να είναι μια εκτεταμένη πυρκαγιά.
Στην προχωρημένη φάση της εντοπίζονται καινοτομίες και χαρακτηριστικά πρωτοαστικά ή αστικά: έργα συλλογικά που προϋποθέτουν κοινωνική, οικονομική και πολιτική οργάνωση, κεντρικό σχεδιασμό και συλλογική εκτέλεση, ανάθεση και καταμερισμό εργασιών, έλεγχο, τεχνογνωσία και εξειδίκευση στους τομείς υλοποίησης, ενώ οι ιδιωτικοί χώροι παρουσιάζουν μια τάση τυποποίησης και επανάληψης. Κατασκευασμένοι με βάση συγκεκριμένα αρχιτεκτονικά πρότυπα εντάσσονται σε ένα ίσως ενιαίο αρχιτεκτονικό πρόγραμμα που αφορά στον εκ βάθρων πολεοδομικό σχεδιασμό του πολίσματος, αποτελώντας το πρωιμότερο δείγμα γραμμικής πολεοδομικής διάταξης στο Αιγαίο. Στα έργα δημόσιου χαρακτήρα συγκαταλέγεται ο περίβολος που περικλείει πλέον την πόλη. Η οριοθέτηση του οικισμού με περίβολο τον μετασχηματίζει πλέον σε οικισμό κλειστού τύπου. Αυτή η μετατροπή επιδρά και στη γενικότερη αντίληψη διαχείρισης του διαθέσιμου χώρου και αποτελεί τομή καθοριστικής σημασίας για την πολεοδομική εξέλιξη του πολίσματος. Στα έργα δημόσιου χαρακτήρα συγκαταλέγονται εντυπωσιακά τεχνικά έργα αναλημματικού χαρακτήρα (λιθόκτιστα κιβώτια) που επιτελούσαν και άλλες λειτουργίες. Μεταξύ αυτών οι μεγάλοι τετράπλευροι χώροι ενίσχυσης του πρανούς, όπως οι 14 και 28, που αποτελούν συνάμα και τμήμα του περίβολου, αλλά και ο 832. Όλοι είναι κατασκευασμένοι κατά το έμπλεκτο σύστημα δόμησης, όπως και ο περίβολος. Ταυτίστηκαν με βουλευτήριο, κοινοτική σιταποθήκη και μέγαρο αντίστοιχα.
Στην ιδιωτική αρχιτεκτονική πιστοποιείται ο τύπος του μεγάρου που αποκρυσταλλώνεται και φτάνει στο απόγειο του στις επόμενες περιόδους. Η κάτοψη του οικισμού αυτής της περιόδου είναι ελλιπής λόγω των υπερκείμενων κατασκευών.
Την κυανή περίοδο διαδέχεται ομαλά η πράσινη (ΠΕΧ Ι/ΙΙ). Θεωρείται περίοδος ακμής με τον πληθυσμό να εκτιμάται στα 1500 άτομα και τον οικισμό να επεκτείνεται με την κατασκευή αναλληματικών τοίχων που διαμορφώνουν τεχνητά άνδηρα στα όρια της προηγούμενης περιόδου. Στην κεντρική (δυτική) είσοδο του οικισμού διαμορφώνεται πρόπυλο με δύο τετράγωνους πύργους να την προφυλάσσουν. Εντός του οικισμού, δίχως να διαφοροποιείται δραστικά η κατασκευαστική τεχνολογία των κτηρίων, διαμορφώνονται πλέον με σαφήνεια οικοδομικά τετράγωνα, νησίδες, που περιβάλλονται από οδούς. Μάλιστα, θεωρείται ότι οι κεντρικές αρτηρίες και πλατείες του οικισμού έχουν διαμορφωθεί τουλάχιστον ήδη από αυτή την περίοδο, αν όχι νωρίτερα. Μαζί με τη σύγχρονή της Θερμή στη Λέσβο, η Πολιόχνη αποτελεί το πρωιμότερο δείγμα οργάνωσης οικισμού σε οικοδομικά τετράγωνα, όπως περίπου επιβιώνουν μέχρι σήμερα στις σύγχρονες πόλεις, καθένα από τα οποία περιλαμβάνει ένα έως περισσότερα ανεξάρτητα μεταξύ τους κτήρια με κοινούς τοίχους. Κάθε κτήριο διατηρεί αυλή, συχνά κοινή με τα όμορά του, τον κύριο χώρο διαβίωσης (μέγαρο) και βοηθητικούς χώρους (αποθήκευσης, τροφοπαρασκευής), σε γενική κατεύθυνση Β-Ν. Ανάμεσα στα κτήρια κάθε νησίδας, στενά δρομάκια, πάροδοι, διευκολύνουν την κυκλοφορία, ενώ αγωγοί αποστράγγισης απομακρύνουν τα νερά από τις στέγες. Η πράσινη περίοδος διαρθρώνεται σε δύο κύριες διαδοχικές οικοδομικές φάσεις (αρχική και νεότερη) αποτέλεσμα καταστροφής με συνέπειες στο σύνολο του οικισμού. Οικιστικά κατάλοιπα της πράσινης περιόδου που πιστοποιούν ως σύνολο την πολεοδομική οργάνωση του οικισμού είναι σήμερα ορατά στον νότιο και στον δυτικό τομέα του οικισμού, ενώ διατηρούνται σε κατάχωση κατάλοιπα που εντοπίστηκαν ανασκαφικά από την ΙΑΣΑ κάτω από τις υπερκείμενες κατασκευές.
Οι δυο επόμενες περίοδοι, ερυθρή (ΠΕΧ ΙΙ/III) και κίτρινη (ΠΕΧ ΙΙΙ) αντιπροσωπεύονται αρχιτεκτονικά από τα ορατά σήμερα κατάλοιπα στη ράχη του λόφου της Πολιόχνης. Ο περίβολος επισκευάζεται και ενισχύεται με επιπλέον προμαχώνες, οι κεντρικοί δρόμοι πλακοστρώνονται, τα κοινοτικά κτήρια και οι κοινόχρηστες κατασκευές παραμένουν σε λειτουργία. Το πολεοδομικό σύστημα δεν μεταβάλλεται αλλά εντοπίζεται διαφοροποίηση στην κατασκευαστική τεχνολογία και τον προσανατολισμό των κτηρίων. Ειδικά κατά την κίτρινη περίοδο, κατά την οποία ανοικοδομείται η πόλη μετά από πυρκαγιά, πιθανό αποτέλεσμα σεισμού, η δόμηση είναι αμελέστερη, με τη χρήση αργών ακανόνιστων λίθων και την παρεμβολή άφθονης λάσπης ως συνδετικού υλικού. Οι αρχιτεκτονικές μορφές είναι τυποποιημένες και η επέκταση των ιδιωτικών κτηρίων γίνεται σε βάρος του δημόσιου χώρου, υποδηλώνοντας μια τάση εσωστρέφειας ή απλά έλλειψης χώρου σε σχέση με τις προηγούμενες περιόδους. Βασική μονάδα κάθε κτηρίου παραμένει το μέγαρο (στενόμακρος ενιαίος χώρος, με είσοδο στη μια στενή πλευρά, συνηθέστερα στη νότια, ανοικτό στην ίδια πλευρά προθάλαμο σε άμεση επικοινωνία με την σχεδόν πάντοτε λιθόστρωτη αυλή και ενίοτε οπισθόδομο) πλαισιωμένο από λοιπούς βοηθητικούς στεγασμένους ή μη χώρους. Το τέλος της κίτρινης φάσης και την εγκατάλειψη στην Πολιόχνη σηματοδοτεί ένας καταστρεπτικός σεισμός περίπου στο 2000 π.Χ. Μετά από αυτόν ο οικισμός ποτέ δεν αναβίωσε στην έκταση και ένταση των προηγούμενων ετών.
Η μετατροπή του οικισμού από ανοικτού σε κλειστού τύπου, χονδρικά από χωριό με ελεύθερες καλύβες σε πόλισμα με σύνθετες κατοικίες εγγεγραμμένες σε οριοθετημένες ζώνες, με την κατασκευή περιβόλου είναι μια τομή με πολλαπλές συνεκδοχές, τουλάχιστον σημειολογικά. Καταρχάς, η ανάγκη οριοθέτησης του ζωτικού χώρου μιας ομάδας προϋποθέτει την αμοιβαία αποδοχή των μελών της ότι αυτά συγκροτούν ένα σώμα διαφορετικό από άλλες κοινότητες που βρίσκονται εκτός αυτής της ζώνης οριοθέτησης. Κάτω από αυτό το πρίσμα υπονοείται η ποιητική μιας συλλογικής ταυτότητας που διαχωρίζει τους «εντός» του περιβόλου από τους «εκτός». Ο περίβολος λοιπόν σηματοδοτεί το όριο δράσης μιας συγκεκριμένης κοινότητας. Επιπλέον, η κατασκευή του ορίζει έκταση ευθύγραμμη και ίσως δεν είναι τυχαίο ότι την ίδια μορφή ακολουθούν συντριπτικά πλέον και τα κτήρια που περιβάλλει. Από τη στιγμή που ο περίβολος περιορίζει το πεδίο ανάπτυξης του οικισμού, οι χρήστες του χώρου είναι αναγκασμένοι ή/και ήδη έτοιμοι να καταφύγουν στις ορθολογικότερες λύσεις διαχείρισης του χώρου και η πολεοδομική ή ακόμη και χωροτακτική οργάνωση του οικισμού είναι πλέον μονόδρομος. Το ίδιο και η εσωστρέφεια, όταν οι εκάστοτε συνθήκες (κοινωνικές, δημογραφικές, οικονομικές κ.α.) το επιβάλλουν.
Σε οποιαδήποτε περίπτωση η σύλληψη πίσω από την κατασκευή του περιβόλου, είτε αυτός ήταν αναλημματικού, είτε οχυρωματικού, είτε ιδιοκτησιακού χαρακτήρα, είτε μερικών ή και όλων των παραπάνω, και οι συνεπακόλουθες της κατασκευής του επιλογές διαχείρισης του χώρου μαρτυρούν προηγμένη κοινωνική δομή και συνοχή, απόρροια της εξειδίκευσης, της εντατικοποίησης της παραγωγής και άρα της δυνατότητας αποθήκευσης πλεονάσματος και τελικά της γενικότερης οικονομικής ευημερίας.
Η πρωτοπορία της Πολιόχνης σε όλους τους παραπάνω τομείς και η μοναδικότητά της ανάμεσα στους υπόλοιπους γνωστούς προϊστορικούς οικισμούς της Ευρώπης, όταν πρωτοανακαλύφθηκε, της προσέδωσαν το χαρακτηρισμό ως την αρχαιότερη πόλη της Ευρώπης. Σήμερα, κάτι λιγότερο από έναν αιώνα από την πρώτη ανασκαφή στην Πολιόχνη, το αρχαιολογικό αρχείο έχει εμπλουτιστεί από την έρευνα σε οικισμούς με παρόμοιο χαρακτήρα: άλλοι αρχαιότεροι, σύγχρονοι ή νεότεροι, άλλοι μεγαλύτεροι ή μικρότεροι, άλλοι μακροβιότεροι ή βραχύβιοι, κάποιοι πιο αποσπασματικοί, άλλοι υπαινικτικοί. Όμως η πρωιμότητα, η σημασία και η επίδραση των επιτευγμάτων της Πολιόχνης στο γεωγραφικό και πολιτισμικό της πλαίσιο δεν αμφισβητείται.