אתר נחל פטיש נמצא בשולי הנגב הצפוני, בפאתי בקעת באר שבע (איור 1), על גבי מדרגה רחבה הנתחמת מצדה הדרומי בגדתו הצפונית של נחל פטיש ומצדה הצפוני בשורת גבעות נמוכות המשתפלות לעבר ערוץ הנחל. האזור מתאפיין בקרקע לס, ושכיח בו מסלע איאוקני מתצורת עדולם (סנה ואחרים 2015). צמוד לחפירה הנוכחית ממערב נחשפו שרידי יישוב מהתקופה הכלקוליתית (התרבות הע'סולית), הכוללים מערכות תת-קרקעיות, וכן מפלס חיים מהתקופה הביזנטית (נחשוני 2010). בסקר שנערך באזור החפירה (שמש 2018) תועדו ממצאים רבים מהתרבות הע'סולית, המשתרעים בשטח נרחב לאורך נחל פטיש, משטח החפירה הנוכחית לכיוונים מערב ודרום-מערב.
נחפרה שורה של 20 ריבועים (שטח D; איור 2), שמשני צדיה עוברים צינורות דלק, ועל כן אי אפשר היה להרחיב את החפירה. בשישה מהריבועים נתגלו שרידי יישוב, ובהם הובחנו שלושה שלבי יישוב: שני השלבים הקדומים (3 ו-2) כוללים שרידי מערכות תת-קרקעיות ובורות והם מתוארכים לתקופה הכלקוליתית (התרבות הע'סולית), ואילו השלב המאוחר (1) כולל שרידי מבנה והוא מתוארך לתקופת הברונזה הקדומה 1א'. השרידים לא השתמרו טוב, והם נחשפו בסטרטיגרפיה אופקית.
 
התקופה הכלקוליתית (התרבות הע'סולית). לשלב ההתיישבות הקדום ביותר (3) יוחסו לפחות שתי מערכות תת-קרקעיות (179L, 227L; ריבועים 13–12D ו-10–8D בהתאמה; איורים 3, 4), שנכרו בקרקע לס קשה מעורבת בתלכידי גיר. מערכות אלה נמצאו מלאות בלס רך, שהצטבר בתוכן לאחר שהן יצאו משימוש. בשלב ההתיישבות האמצעי (2) נכרו בורות לתוך הצטברויות הלס הרך שמילאו את המערכות התת-קרקעיות (איורים 5, 6). הממצא מתוך ההצטברויות במערכות ומהבורות כולל בעיקר כלי חרס, צור ואבן, המתארכים את שני השלבים לתרבות הע'סולית בתקופה הכלקוליתית. ניתוח ראשוני של מכלולי כלי החרס משני השלבים מצביע כי הוא אופייני לתרבות החומרית של אתרי נחל באר שבע, המיוחסים לשלב המאוחר של התרבות הע'סולית בנגב הצפוני (Gilead 2011). במכלול שכיחים טיפוסי קערות V, פערורים, קנקנים שלהם צוואר נמוך ומעט מחבצות, אך חסרים בו אגנים ובזיכים. על שברים אחדים של שפות נמצא עיטור בהון הנפוץ בתקופה זו.
נראה כי שרידים דלים של מערכת תת-קרקעית נוספת נחשפו מתחת למבנה משלב 1 (להלן; ריבועים 1615D). נחשף חלל תת-קרקעי, שנחפר רק בחלקו בשל מגבלות בטיחות, ובו נמצאו חרסים מהתרבות הע'סולית בלבד.
 
תקופת הברונזה הקדומה 1א'. לשלב ההתיישבות המאוחר (1) יוחסו שרידי מבנה, שלו פינה מעוגלת (228L; ריבועים 1615D; איור 7). צמוד למבנה השתרעה כנראה חצר פתוחה, שזוהו בה מפלסי פעילות, הכוללים שניים עד שלושה מתקנים מעוגלים קטנים, המשלבים בניית אבן ולבני בוץ. בתחומי המבנה ובסביבתו נחשפו מכלול קטן של כלי חרס המאפיין את תקופת הב"ק 1א' בדרום-מערב כנען (Yekutieli 2000) וכן מכלול כלי צור הטיפוסי לתקופה (בן-ארי ושמר 2020). במכלול כלי החרס ישנם כלים פתוחים קטנים, העשויים מטין גס ובו חסמי קש. כלים דומים נמצאו בתל חליף (אתר הסילו ואתר 101; Alon and Yekutieli 1995; Dessel 2009) וביישוב הצפוני-מערבי בלכיש (Tufnell 1958). על פי יקותיאלי כלים אלו הם מאובן מנחה לשלב הקדום של תקופת הב"ק 1א' (Yekutieli 2000).
 
בחפירה נחשפו עדויות להתיישבות מהתקופה הכלקוליתית ומראשית תקופת הב"ק 1א' בשולי בקעת באר שבע. היישוב מהתקופה הכלקוליתית, שנחשף בחלקו בחפירות קודמות (נחשוני 2010), נמצא בחלקו הצפוני של מערך יישובים מהתרבות הע'סולית, שהשתרע לאורך נחל באר שבע ונמשך צפונה לשולי הנגב הצפוני ודרום השפלה. מערך יישובים זה מיוחס לשלב המאוחר של התקופה הכלקוליתית. שרידי היישוב מתקופת הב"ק 1א' מצטרפים ליישובים אחדים מהתקופה שנתגלו באזור הנגב הצפוני. שרידים אלו מאירים באור חדש את תולדות ההתיישבות בחבל ארץ זה לאחר קריסתו של מערך היישובים מהתרבות הע'סולית בנגב הצפוני בסופה של התקופה הכלקוליתית ומלמדים אותנו על התרבות החומרית בראשיתה של תקופת הב"ק 1.