O período Paleolítico começou há cerca de 2,5 milhões de anos, quando ferramentas de pedra foram usadas pela primeira vez. O período terminou há cerca de 10.000 anos com o surgimento da agricultura. Este método sistemático de trabalhar a terra para cultivar e colher plantas e animais produziu alimentos, ração e outros bens.
Cerca de 25 a 30% das calorias dos alimentos paleolíticos vêm de proteína, feita exclusivamente de peixes e carnes magras. Isso se compara à dieta norte-americana contendo apenas 10 a 15% de proteína, composta por carnes gordurosas, laticínios, leguminosas e grãos. Versões modernas de dietas paleolíticas incluem qualquer aves domésticas e carne o mais próximo possível de seu estado natural. Carne de animais alimentados com pasto é melhor porque as proporções de gordura são mais próximas das encontradas em caça selvagem. Caça selvagem como alce, pato e ganso também estão incluídos, bem como peixes e frutos do mar selvagens. Ovos pasteurizados são a escolha preferida.
Os carboidratos vinham principalmente de vegetais e frutas que têm baixo índice glicêmico e estão associados a fibras abundantes e micronutrientes. Em uma dieta paleolítica, vegetais e frutas compõem cerca de 30 a 35% da ingestão calórica. Em comparação, a dieta típica norte-americana consiste em carboidratos representando cerca de 50 a 60% das calorias, consistindo em grãos, açúcares refinados e pequenas quantidades de vegetais e frutas. Como muitos mais micronutrientes compunham a dieta paleolítica, o consumo de antioxidantes, vitaminas e minerais era cerca de três vezes o da dieta moderna.
A dieta paleolítica moderna inclui mais variedade de nozes e sementes. Nozes para comer: castanha de caju, avelãs, macadâmia, pecãs, pistaches e nozes. Sementes: gergelim, girassol e abóbora.
As gorduras compunham aproximadamente 35 a 40% da dieta paleolítica e consistiam principalmente de gorduras poliinsaturadas e monoinsaturadas. A gordura poliinsaturada inclui quantidades substanciais de ácidos graxos essenciais ômega-3. Fontes de gordura incluíam peixes, nozes e animais selvagens. Em comparação, o principal tipo de gorduras consumidas hoje, embora também 35 a 40%, são compostas de gordura saturada de laticínios, ácidos graxos trans de produtos de panificação processados, carnes vermelhas gordurosas e margarina.