Την Θεόπετρα, τη συναντάμε στα δυτικά της Εθνικής Οδού Τρικάλων- Ιωαννίνων κτισμένη στην πλαγιά ενός βραχώδους λόφου, πρώτος της σειράς του γεωλογικού φαινομένου των Mετεωρίτικων βράχων που ατενίζει ο επισκέπτης στη συνέχεια της διαδρομής.
Στα ΒΑ ενός βραχώδους ασβεστολιθικού όγκου, στη θέση «Μούτα» βρίσκεται το Σπήλαιο της Θεόπετρας.
Απέχει περίπου 4χλμ από την Καλαμπάκα και έχει είσοδο αψιδωτή, διαστάσεων 17 x 3 μ περίπου.
Το εσωτερικό του αποτελείται από μια κύρια αίθουσα 500 τ.μ. περίπου με μικρές κόγχες στην περιφέρεια. Ο σχηματισμός του ασβεστολιθικού βράχου της Θεόπετρας τοποθετείται στην ανώτερη Κρητιδική περίοδο (137.000.000 - 65.000.000 χρόνια από σήμερα). Η δημιουργία του σπηλαίου είναι κατά συνέπεια μεταγενέστερη της παραπάνω ηλικίας.
Το σπήλαιο άρχισε να κατοικείται κατά τη Μέση Παλαιολιθική Εποχή (η οποία αρχίζει περίπου πριν 130.000 χρόνια). Το σπήλαιο αυτό είναι το πρώτο που ανασκάπτεται στη Θεσσαλία και το μόνο μέχρι στιγμής σε όλη την Ελλάδα με συνεχείς ανθρωπογενείς επιχώσεις που ξεκινούν από τη Μέση Παλαιολιθική Εποχή και φθάνουν μέχρι το τέλος της Νεολιθικής (3000 π.Χ.).
Η σημαντικότητα της χρονολογικής αυτής συνέχειας έγκειται στο γεγονός ότι για πρώτη φορά μπορούμε στον ελλαδικό χώρο να δούμε τη μετάβαση από τον Παλαιολιθικό στο Νεολιθικό τρόπο ζωής. Μεταξύ άλλων, στο σπήλαιο βρέθηκαν λίθινα εργαλεία Παλαιολιθικής - Μεσολιθικής και Νεολιθικής Εποχής, κεραμικά ευρήματα Νεολιθικά, οστέινα εργαλεία, κοσμήματα από όστρεο, ένα μοναδικό για τον ελλαδικό χώρο χρυσό κόσμημα της Παλαιολιθικής, της Μεσολιθικής και της Νεολιθικής περιόδου, καθώς και τα περίφημα ανθρώπινα αποτυπώματα της Θεόπετρας που χρονολογούνται στα 130.000 χρόνια πριν από σήμερα και αποτελούν σπανιότατο εύρημα όχι μόνο για τον ελλαδικό αλλά και για τον ευρωπαϊκό χώρο.
Επίσης εντοπίσθηκαν και ίχνη φωτιάς μέσα σε ανοιχτές αδιαμόρφωτες εστίες και κοντά σε αυτά βρέθηκαν επίσης και κομμάτια καμένων πηλών που προέρχονται από επάλειψη τοίχων ή στέγης μέσα στα οποία παρατηρήθηκαν και αποτυπώματα καλαμιών και ξύλων. Ο λόγος που διασώθηκαν όλα αυτά είναι η φωτιά που τα σκλήρυνε και θεωρούνται και εκπρόσωποι της αρχιτεκτονικής της νεολιθικής εποχής.
Συγχρόνως εντοπίσθηκαν και κόκαλα κυρίως ζώων, όπως αγελάδας, χοίρου, προβάτου, ελαφιού, σκυλιού κ.λ.π. αλλά και λίγα ανθρώπινα. Η ύπαρξη τέλος εργαλείων από πυριτόλιθο της Ανώτερης Παλαιολιθικής εποχής όπως και τα αρχικά χαλίκια του, τα οποία επεξεργαζόντουσαν για την κατασκευή των εργαλείων και αυτό δείχνει την ύπαρξη εργαστηρίου κατασκευής αυτών των εργαλείων. Η ανάλυση των καμένων καρπών που βρέθηκαν έδειξε ότι προέρχονται από σιτάρι, σίκαλη, κριθάρι, βρώμη κ.λ.π αλλά και από αχλαδιά, άμπελο, μηλιά και διάφορα είδη άγριων χόρτων με τα οποία ή συμπλήρωναν την τροφή ή χρησιμοποιούσαν για άλλες χρήσεις.
Αρκετά ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι μικρές σχηματοποιημένες μάζες άψητου πηλού ,που χαρακτηρίζονται ως οι πρώτες προσπάθειες του ανθρώπου που έζησε στο σπήλαιο στη Μέση Παλαιολιθική εποχή να μορφοποιήσει τον πηλό. Οι αναλύσεις και οι εξειδικευμένες έρευνες των εργαλείων οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι είναι δημιούργημα των τελευταίων ανθρώπων Neanderthals που επικοινωνούσε και με τον τύπο Homo Sapiens που καλύπτει και τις δύο επόμενες περιόδους κατοίκησης του σπηλαίου της Θεόπετρας.
Η ανασκαφή ξεκίνησε το 1987 από την αρχαιολόγο Αικατερίνη Κυπαρίσση-Αποστολίκα και συνεχίστηκε μέχρι και το 2005 οπότε και ξεκίνησαν τα έργα για την ανάπλαση και ανάδειξη του σπηλαίου με τη δημιουργία διαδρόμου επισκεπτών ο οποίος εξυπηρετεί και Άτομα με Ειδικές Ανάγκες. Αυτή τη στιγμή τα έργα έχουν ολοκληρωθεί και το σπήλαιο είναι ανοιχτό στους επισκέπτες.
