Czaszka piątego hominina (cranium D4500 i mandible D2600) z Dmanisi jest masywnie zbudowana, z dużą twarzą i bardzo małym mózgiem. Cechy udokumentowane po raz pierwszy u bazalnego członka kladu Homo obejmują wyjątkowo niski stosunek objętości wewnątrzczaszkowej do szerokości czaszki podstawowej, zredukowaną wysokość wierzchołka, kanciasty profil sklepienia, gładki próg nosowy połączony z długim i pochyłym klivusem szczękowym, wydłużone podniebienie i wysoki korpus żuchwy. Wypukły klivus i cofnięta symfiza czaszki 5 tworzą formę pyska podobną do Australopithecus afarensis. Choć czaszka z Dmanisi jest bardzo masywna, różniąc się od OH 13, OH 24 i KNM-ER 1813, przypomina okazy Homo habilis „spłaszczonym” zarysem szczęki w widoku twarzy, bruzdą szczękową, zaokrąglonym i cofniętym łukiem jarzmowym oraz wygiętym filarem jarzmowo-szczękowo-zębowym. Te cechy odróżniają wczesnego Homo od gatunków Australopithecus i Paranthropus. Czaszka 5 jest niepodobna do czaszki Homo rudolfensis KNM-ER 1470. Choć wydaje się generalnie prymitywna, czaszka 5 posiada prętowy torus nadoczodołowy, wydłużony kwadrat skroniowy, poprzeczny torus potyliczny i cechy petrotympaniczne uważane za pochodne dla Homo erectus. Jako grupa, czaszki i żuchwy Dmanisi wykazują znaczne zróżnicowanie anatomiczne i metryczne. Kluczowym pytaniem jest, czy skamieniałości dokumentują wzrost związany z wiekiem i dymorfizm płciowy w obrębie jednej populacji, czy też dwa (lub więcej) odrębne taksony mogą być obecne w tym miejscu. Używamy współczynnika zmienności do porównania Dmanisi z Paranthropus boisei, H. erectus i współczesnym Homo sapiens, znajdując niewiele sygnałów, że próbka z Dmanisi jest nadmiernie zmienna w porównaniu z tymi taksonami referencyjnymi. Używając pomiarów czaszek i analizy głównych składowych, badamy propozycję, że czaszki z Dmanisi mogą być zgrupowane w ramach regionalnie zróżnicowanego hipodygmatu dla H. erectus. Nasze wyniki dostarczają jedynie słabego wsparcia dla tej hipotezy. Wreszcie, rozważamy wszystkie dostępne dowody morfologiczne i paleobiologiczne, próbując wyjaśnić związek filolityczny Dmanisi z gatunkami Homo ewoluującymi >2.0 do 1.0 Ma.
.