בחודשים ינואר-אפריל 2005 נערכה חפירת הצלה באתר המיועד לבניית מיתקן להתפלת מי ים, צפונית-מזרחית לקיבוץ פלמחים (הרשאה מס' 4350-A; נ"צ — רי"ח 17287-98/64927-33; רי"י 12287-98/14927-33), בעקבות גילוי שרידים קדומים במהלך עבודות הפיתוח שנעשו בפיקוחו של ד' גולן. החפירה, מטעם רשות העתיקות ובמימון חברת Via Maris, נוהלה על ידי א' גורזלזני, בסיוע ר' חיים ומ' מולוקונדוב (ניהול שטח), ש' יעקב-ג'ם וא' בכר (מנהלה), א' האג'יאן וט' קורנפלד (מדידות), א' קמייסקי (רפאות שדה), מ' שויסקיה-ארנוב (ציור), צ' שגיב (צילום), ע' מרדר וח' חלאילה (זיהוי כלי צור) וע' רביב (טיפול באבן). ר' גופנא, א' ואן דן ברינק, י' גורן, י' גלעד, י' מילבסקי, פ' פביאן, צ' גל, ד' שלם וא' בראון תרמו בנדיבות מהידע הרב שלהם על התקופה הכלקוליתית. עוד סייעו מ' עג'מי, ד' ברקן, ס' גולן, ע' עד, פ' ולניצקי וחברים מקיבוץ פלמחים.
האתר נמצא על רכס כורכר נמוך (כ-25 מ' מעל פני הים), בשלוחה היורדת לכיוון צפון על הגדה הדרומית של נחל שורק, בקרבת השפך שלו לים התיכון. מצפון לו תל יעוז, שבו חשף י' רול ב-1981 מבנה פולחני המתוארך לתקופה הפרסית (טל, פישר ורול, בתוך: מ' פישר [עורך], יבנה, יבנה ים וסביבתן, מחקרים בארכיאולוגיה ובהיסטוריה של מישור חוף יהודה, תל אביב) ור' קלטר המשיך ב-1989 (בפרסום). מדרום-מערב לאתר נמצא אתר פרהיסטורי, 'גבעת העשב', המתוארך לתקופה האפיפליאוליתית, אשר נחפר ב-2004 על ידי ס' גולן (הרשאה מס' 4330-A). בקרבת מקום נמצאים אתרים נוספים: יבנה ים ומחצבת פלמחים המיוחסים לשלב המעבר שבין התקופות הכלקוליתית והברונזה הקדומה (ר' חדשות ארכיאולוגיות צו: 19-17; קד: 78). סמוך למחצבת פלמחים חפר ר' גופנא בשנים 1971-1968 בית קברות מן התקופה הכלקוליתית, המאופיין בקבורה בגלוסקמאות חרס במערות חצובות
(ATIQOT [ES] 14:1-8).
בחפירה נחשפו כ-50 מבני קבורה בנויים באבן מקומית, שמתארם עגול (2.5-1.2 מ' קוטר), סגלגל או מלבני. את המבנים מחברת רחבה מרוצפת באבני כורכר קטנות, שנחשפה ברוב חלקי האתר. המבנים מסודרים בקווים ישרים המעידים על תכנון ותחומים בדרך כלל בקיר בנוי שתי שורות של אבני כורכר שטוחות, לא מסותתות. במבנים הגדולים מגיע רוחב הקיר ל-0.6 מ'. המבנים היו מסודרים לעתים בזוגות ורוצפו לוחות אבן כורכר שבחלקם שרדו. בין שני מבנים מהטיפוס העגול נחשף תא חצוב באבן ומדופן בלוחות כורכר דקים (0.55 × 0.70 מ'). ייתכן כי שימש לקבורה או להנחת מנחות בין שני המבנים. בחלק מהמבנים נתגלו תאי קבורה בנויים ומדופנים באבן כורכר, לעתים מכוסים בלוח כורכר תואם. באחרים נחשפה קבורה בתוך קנקני חרס במגוון גדלים. המבנים היו מקורים בקמרון או בכיפה בשיטת הכיפה המדומה (Corbelling) ששרדה באתרה בכמה מהם. פתחי הקברים פונים צפונה, ככל הנראה בהתאמה לטופוגרפיה המקורית של האתר. בכל מבנה נתגלו 4-1 מצבות משולבות בקיר המזרחי של הקברים, עשויות אבן כורכר, לרוב בתוך נישה או מגרעת בקיר. חלק מן המצבות נמצאו באתרן וחלק לא באתרן, נפולות על הקברים. אין התאמה בין מספר הנקברים לגודל או למספר המצבות. מתצפית ראשונית עולה כי המצבות של המבנים העגולים פונות למזרח המדויק, והמצבות של המבנים המלבניים נוטות לפנות לצפון-מזרח. הובחנו כמה טיפוסי מצבות, המוכרים מאתרים אחרים כגון שוהם וכיסופים.
בכמה מקומות נחשפו עדויות לפולחן. על אחת הרצפות הניגשת לקבר נחשפו סימני שרפה, צמוד למצבה. כמו כן התגלה כלי באתרו בנישה בקיר קבר. בתוך הכלי הובחנו סימני שרפה וייתכן ששימש למנחה שהובאה אל הקבר.
בחלק מהמבנים נמצאו גלוסקמאות עשויות מאבן כורכר ומחרס, כמה מהן לא באתרן. אחת נמצאה שבורה ונוטה על צדה ואחרת נמצאה ריקה. במבנים הגדולים נמצאו לעתים שתי גלוסקמאות ובקטנים יותר אחת בכל אחד.
חלק מהגלוסקמאות נמצאו מכוסות בלוח אבן כורכר תואם (7-6 ס"מ עובי), בתוכן ממצא אוסטיאולוגי דל, במצב השתמרות גרוע מאוד, ככל הנראה בשל תנאי הסביבה.
לרוב הגלוסקמאות צורת ביצה, מעין תיבה מוארכת עם פינות מעוגלות ופאות קמורות קמעה (0.4 × 0.6 מ' מידות ממוצעות, 0.3 מ' גובה). רצפתן בדרך כלל עבה מאוד (עד 0.1 מ').
שתי גלוסקמאות הן מטיפוס אחר: צורתן דמוית טיפה, הן צרות יותר באחד הקצוות. כן נמצאו שתי גלוסקמאות קטנות.
שיטת קבורה ייחודית נוספת שהתגלתה בפלמחים כונתה 'קבורת סולם': סדרה של תאי קבורה מלבניים המסודרים ברצף, שהצלע הארוכה היא קיר משותף לשניים עד ארבעה תאים. סידור זה מקנה למבנה צורה של סולם שוכב. תאים אלה נמצאו מכוסים בלוחות אבן, ובתוכם ממצא אוסטיאולוגי דל. יש שהקבר חפור ברצפה בין קברים נוספים ויש ששיטה זאת נחשפה בתוך מבנה קבורה מהטיפוס המלבני.
קברים מטיפוס זה מוכרים מאזורים אחרים, אך אף פעם לא תוארכו בוודאות, שכן באזור הנגב מעולם לא נחפרו ובחפירות בשכונת ברנע באשקלון התגלו ללא ממצא מתארך (א' גולני, מידע בעל פה). בחפירות בפלמחים נחשפו קברים אלה לראשונה בהקשר כלקוליתי ברור ונראה שטיפוס זה נמנה עם השלבים הראשונים של השימוש בבית הקברות.
במבנים אחדים יש שילוב מספר רב של צורות קבורה – גלוסקמאות, תאי קבורה וקבורה בקנקנים.
ניתן להבחין בסטרטיגרפיה פנימית וכרונולוגיה יחסית בקבוצת המבנים: מבנה שחותך ומבטל מבנה קדום, מבנה קבורה הבנוי על תאי קבורה ומבטל אותם, מבנה נוסף בנוי אף הוא מעליהם, אך לאחר פער מסוים הניכר במילוי סחף שהצטבר. בית הקברות שימש אם כן במשך כמה דורות.
נוסף על 20 הגלוסקמאות והמצבות, נחשף מכלול מצומצם של כלי חרס עשויים חומר גס ופריך: קנקנים, פכים וכמה בזיכים, המהווים מאובן מנחה המתארך את בית הקברות לשלב הע'סולי של התקופה הכלקוליתית. בשל תנאי מזג האוויר והקרבה לים, החומר פריך מאוד ובמצב השתמרות גרוע. במקום אחד נחשף כוך חצוב באבן הכורכר, מחוץ למבנים, המזכיר את הכוך שהתגלה במבנה הלבנים בבית הקברות בכיסופים. בתוך הכוך נמצא פך חרס שלם. עוד נמצאו כמה כלי צור, בהם להבים, להבים זעירים משובררים שברור עדין וגרעיני להבים אשר תוארכו לתקופה הכלקוליתית. כן נמצאו חרוז ותליון מלבני עשוי אבן כורכר שלו שני חורים. כמוהו, אך עשויים מחומרים אחרים מוכרים מכיסופים ומחפירות גופנא בפלמחים.
החפירה חשפה בית קברות שניתן לתארכו בוודאות על סמך כלי החרס לתקופה הכלקוליתית (האלף הרביעי לפנה"ס).
קבורה בגלוסקמאות אופיינית למנהגי הקבורה של התקופה. הגלוסקמאות עשויות חרס אם כי ידועות גם גלוסקמאות מאבן גיר בקולה ובבן שמן. גלוסקמאות מכורכר נדירות יחסית ומוכרות מבני ברק, גבעתיים וכיסופים. נראה שחומר הגלם המקומי הכתיב את חומר הבנייה של הגלוסקמאות.
המאפיין הבולט ביותר של האתר בפלמחים הוא מבני קבורה עגולים ומלבניים, עם קירוי כיפת אבנים. שיטת קבורה זו יוחסה לאזור הדרום והספר. התופעה מוכרת באזור הדרום (מעגלי האבן באתר שקמים, וכן בנחל סכר ובצומת משאבים) ובמרכז ודרום סיני. אזור מרכז הארץ התאפיין עד כה בקבורה במערות חצובות, בליווי שפע רב של ממצאים. החפירה במערת פקיעין מרחיבה את התופעה עד לאזור הגליל העליון. הגילוי בפלמחים של קבורה כלקוליתית במבנים בעלי קירוי כיפה פחוסה במישור החוף המרכזי, הוא חידוש בהבנת מנהגי הקבורה של התקופה. בית קברות מסוג זה קרוב מאוד לבית קברות אחר מן התקופה, במערות כרויות בכורכר, מציג שאלות מעניינות לגבי זיהוי תושבי המקום ומניעיהם בבחירת אתרי קבורה. האם אלה קהילות שונות? או שמא ההבדל נעוץ בריבוד חברתי? האם ההבדל הוא כרונולוגי? גבולות בית הקברות לא אותרו בוודאות, וגם לא היישוב שממנו באו הנפטרים. על פי המודל של אתר שקמים בנגב, יש לחפש את היישוב באזור הנמוך, קרוב לנחל שורק, אולי ליד מעיין אל-מליחה.