La protection des sites ornés préhistoriques implique celle des terrains surincombants. Elle nécessite une bonne connaissance de la dynamique climatique et micro climatique actuelle, celle de la place de la cavité ou de l'abri dans le contexte géologique (nature des terrains, dépendance hydrogéologique de la cavité...), celle du couvert végétal actuel et l'appréciation de son évolution.

A partir de l'étude de terrains (cartographie, hydrogéologie) et de l'enquête de l'état des lieux, il est possible d'établir un découpage géographique révélateur de sensibilités différentes à des activités (pollution domestique, mutation des forêts et des cultures...) pouvant avoir des répercussions sur les conditions internes du milieu souterrain. Ces répercussions se font à la faveur de l'infiltration directe ou retardée des eaux au profit de l'aquifère drainé par la cavité.
Les découpages géographiques sont à trois modules principaux et comportent :
 

une aire de protection immédiate englobant le territoire circonscrit au monument ;

une aire de protection rapprochée interceptant une zone altimétrique plus élevée que le monument, au-dessous de laquelle une pollution est susceptible de se transmettre rapidement jusqu'à atteindre des surfaces ornées ;

une aire de protection éloignée englobant toute la surface au sol intégrée dans le bassin versant.
 

Ces aires sont adaptables à chaque site en fonction de ses spécificités ; elles peuvent correspondre de fait à des restrictions des droits de propriété et bien souvent l'administration française n'a pas la maîtrise du terrain au dessus de ces sites. Ces aires sont assorties de prescriptions tel que interdiction de toute activité forestière ou agricole, entretien du sous-bois, réglementation du déboisement, constructibilité interdite ou réglementée.

A titre d'exemple, les grottes de Font de Gaume, Combarelles, Lascaux, Rouffignac ont été l'objet d'études de ce type depuis quelques années.