La Cueva de San Martín se sitúa al Nordeste de Agost a menos de dos kilómetros de distancia de la población. Se encuentra a 380 metros sobre el nivel del mar, a media ladera de la vertiente norte de la sierra de Las Tobarías. La entrada de la cueva es triangular con 2,40 m. de anchura y sólo 1,30 m. de altura. Está formada por un gran bloque inclinado de piedra caliza. Probablemente la entrada era más grande, ya que fue parcialmente taponada por las labores de aterrazamiento agrícola. Tras la boca hay un estrecho pasillo de 16 metros de largo con una inclinación de 16°. El pasillo desemboca en la parte más amplia de la cueva, constituida por dos salas bastante pequeñas que ocupan en conjunto cincuenta y tres metros cuadrados pero donde se puede estar de pie dada la altura de sus techos, en algunos puntos de más de dos metros de altura. Aquí llega poca luz desde la entrada, si bien cuando estuvo habitada debió de estar algo más iluminada al ser la entrada más grande.

Los habitantes de la cueva aprovecharían el agua del barranco que corre al pie del yacimiento y que no hace mucho todavía proveía de agua a la industria alfarera de Agost. Además, a 300 metros del yacimiento todavía existe un manantial que funciona de manera esporádica. El paisaje era más húmedo y verde que en la actualidad. Del análisis de los restos de los carbones hallados en la cueva podemos imaginar un bosque abierto de enebros y pinos en los alrededores de la zona. La gran presencia del conejo y la escasez de encina hace pensar que no llegaría a los abigarrados bosques de encina que por entonces cubrían el norte de la provincia.

Además de ser el asentamiento más antiguo del Campo de Alicante al haber sido utilizada ya en el Epipaleolítico, la cueva de San Martín es clave para entender la extensión del Neolítico desde el interior de la provincia hacia la costa a través del corredor histórico del Vinalopó, ya que cubre un vacío de yacimientos para esta etapa en la zona.

Primero la cueva se usó en el VIII milenio a.C. por cazadores recolectores. Debido a las características de la cavidad, sin luz natural en su zona más profunda y con un acceso difícil por un pasillo angosto, sus condiciones de habitabilidad no son buenas. Esta circunstancia unida al modo de vida itinerante de estos grupos humanos haría que la cavidad sólo fuera usada de manera esporádica, seguramente como refugio. Aun así se han encontrado abundantes restos de animales que fueron cazados y consumidos por ellos, entre los que destaca con mucho el conejo que representa bastante más de la mitad de los restos hallados, También cazaron caballo, uro, cabra montés y jabalí si bien estas especies con mucha menos importancia.

Otro detalle de interés es el uso de la cueva por estas gentes para elaborar en ella sus herramientas líticas. Se ha recuperado un conjunto bastante significativo de núcleos, productos y desechos de talla en general como para deducir que fabricaban sus hojas, puntas y demás útiles en el interior de la cueva. Se encontró un nódulo de sílex sin transformar y 15 núcleos en diferentes estados de talla. La presencia de bloques de materia prima en el yacimiento indica su transporte al mismo asentamiento para su uso en labores de talla en el momento en el que fuese necesario.

Tras un periodo largo de abandono la cueva vuelve a ser ocupada en el V milenio a.C. Además, la cueva se usó en este periodo para enterrar al menos a siete individuos: cuatro infantes, un joven y dos adultos. Del húmero de uno de los adultos se obtuvo la datación absoluta más antigua sobre huesos humanos neolíticos de la Comunidad Valenciana hasta el momento, fechando la muerte hacia el 4.560 a.C. Los inhumados debían pertenecer seguramente al mismo clan o familia, siendo esta cueva un lugar sagrado de especial significación para ellos.