התקופה הניאוליתית הקרמית. התגלו חרסים אחדים ופריטי צור, המלמדים על התיישבות באתר בתקופה זו.

 
התקופה הכלקוליתית הקדומה. בחלק ניכר משטחי החפירה באתר התגלו שברי כלי חרס מתקופה זו. בארבעה משטחים אלה נחשפו גם שרידי יישוב בני התקופה, ובהם קירות מבנים (שטחים L1 ו-O2), מפלסי פעילות ומעגלי אבנים (שטח M2) וקבורת ילד בקנקן (שטח M5).
 
התקופה הכלקוליתית המאוחרת. בשטח O2 נחשפו שתי שכבות מתקופה זו. בשכבה הקדומה התגלו חלק ממבנה ומפלסי חיים, שזמנם מאוחר לתרבות ואדי רבה אך כנראה קדום לתרבות הע'סולית. בשכבה המאוחרת התגלו פינת מבנה מלבני ורצפות עשויות משברי גוף של כלי חרס וגיר כתוש, המתוארכים לתרבות הע'סולית.
 
תקופת הברונזה הקדומה 1א. שרידים מתקופה זו נחשפו רק בשטח O2 שבלב האתר. התגלו לפחות ארבע שכבות יישוב, ובהן כעשרה מבנים צפופים, עגולים או סגלגלים (0.4–0.6 מ' רוחב הקירות; איור 3). בחלק מהמבנים התגלו מתקנים, תעלת ניקוז ומשטחי עבודה. באחד המבנים התגלה מתקן עשוי מחומר טבון. בשכבה המאוחרת התגלה מבנה מלבני (איור 4), שעל סמך תכניתו והממצא הקרמי שהתגלה על רצפתו נראה כי זמנו שלב המעבר בין תקופת הב"ק 1א לתקופת הב"ק 1ב.
 
תקופת הברונזה הקדומה 1ב. בכל שטחי החפירה באתר התגלו עשרות מבנים, המיוחסים לשתי שכבות עיקריות (איורים 5–7). בשכבה המאוחרת, הובחנו בחלק גדול משטחי החפירה שני שלבי בנייה. בשתי השכבות של התקופה הובחנו כמה טיפוסים של יחידות אדריכליות בסיסיות, המתקיימים זה לצד זה: מבנים דמויי קפסולה, מבנים מלבניים שלהם פינות מעוגלות ומבנים מלבניים שלהם פינות ישרות. חלק מן המבנים מצטרפים למבננים ולרובעים, המופרדים ברחובות וסמטאות, חלק מהמבנים נמצאים במתחם מוקף בקירות וחלק מהמבנים עומדים בפני עצמם. מן המבנים השתמרו רק יסודות הקירות, שנבנו באבן, ואילו הנדבכים העליונים של הקירות, שנבנו כנראה מלבני בוץ, לא השתמרו כלל. רוב המבנים נבנו בכיוון צפון–דרום או בכיוון מזרח–מערב. פתחי המבנים נקבעו לרוב באחד מקירותיהם הארוכים. לאורך הציר המרכזי של המבנים התגלו בסיסי אבן גדולים, שעליהם הוצבו כנראה עמודי עץ לתמיכת התקרה. סמוך לחלק מן המבנים ולעתים אף צמוד אליהם נתגלו ממגורות, שמהן השתמרו מעגל אחד או שניים של אבנים. באזור שטרם נחפר בין שטחים M2 ,M1 ו-M3 נערך סקר מגנומטרי, המלמד כי קטעי הרחובות שנתגלו בחפירה מצטרפים לרשת רחובות מורכבת, המשולבת בין הרובעים והמתחמים באתר (איור 8). עוד עולה מן הסקר כי האתר בנוי בצפיפות רבה, כמעט ללא מרחבים פתוחים. בחפירה התגלו שברים רבים של כלי חרס מקומיים וכן שברים אחדים של כלי חרס מצריים, ובהם בקבוק וכלי גלילי.
 
תקופת הברונזה הביניימית. בכמה משטחי החפירה התגלו שברי כלי חרס ללא שרידי בנייה.
 
התקופות הרומית המאוחרת והביזנטית. בשכבת פני השטח ברבים מן השטחים נמצאו חרסים מתקופות אלה, רובם קטנים ושחוקים. בשטח K3 נחשף בור אשפה (2.2 × 2.3 מ', 0.4 מ' עומק) המתוארך לתקופה הרומית המאוחרת (המאות הג'–הד' לסה"נ). בשטח P1 נחשפה תעלת מים מטויחת היטב, הקשורה אולי להטיית מים מנחל עירון הסמוך, המתוארכת כנראה לתקופות הרומית המאוחרת והביזנטית.
 
התוצאות הראשוניות מחפירת הבדיקה באתר עין אסור מלמדות כי האתר יושב לראשונה בתקופה הניאוליתית הקרמית. בתקופה הכלקוליתית הקדומה השתרע האתר בשטח נרחב, אולם בשלב מוקדם זה של החפירה טרם אפשר לקבוע מהו שטח היישוב במדויק. בתקופה הכלקוליתית המאוחרת הצטמצם היישוב למרכז האתר, סמוך למעיינות. אזור זה נותר גרעין היישוב גם בתקופת הברונזה הקדומה. בתקופת הב"ק 1א השתרע היישוב בשטח מצומצם יחסית של כמה עשרות דונמים. בראשית תקופת הב"ק 1ב התרחב היישוב לשטח של כמה מאות דונמים, ולקראת סוף התקופה הגיע היישוב לשיא גודלו (כ-650 דונם). בתקופת הב"ק 1ב נבנה היישוב באתר בצפיפות והובחנו בו תכנון וארגון המאפיינים יישובים פרוטו-עירוניים. בסוף תקופת הב"ק 1ב ניטש האתר, בדומה לאתרים אחרים בני תקופה זו, דוגמת תל בית שאן ותל מגידו.