Eυρήματα κυρίως των αρχαϊκών χρόνων έφερε στο φως η ανασκαφή του κεντρικού χώρου του αρχαίου ναού της Δήμητρας στην ακρόπολη της Φαλάσαρνας. Ο ναός βρισκόταν πάνω σε βραχώδη λοφίσκο στο διάσελο δύο ψηλών βουνοκορφών σε φυσικό σπήλαιο με άφθονο νερό, που όμως κάποτε κατέρρευσε. Μετά την καταστροφή του σπηλαίου ολόκληρος ο βραχώδης λοφίσκος λειτουργούσε ως υπαίθριος ιερός χώρος λατρείας χθόνιας θεότητας, που σχετιζόταν με τη γη, το νερό, την γονιμότητα και εν γένει τη δύναμη του νερού ως πηγή ζωής.
Αυτό συμπεραίνεται από τα εκατοντάδες πήλινα ειδώλια γυναικείων μορφών, ένθρονων θεοτήτων, κεφαλών με πόλο που ομοιάζουν με την θεά Δήμητρα, μικρογραφικών υδριών και υδριαφόρων γυναικών, όλα χαρακτηριστικά ευρήματα στα ιερά της πανάρχαιας θεάς Δήμητρας.
Το αρχιτεκτονικό οικοδόμημα του ναού που σώζεται σήμερα, επαναχτίστηκε με λίθους σε δεύτερη χρήση στα τέλη 4ου/αρχές 3ου αι. π.Χ. πάνω στον ίδιο βράχο, όπου προϋπήρχε το σπήλαιο και η πρωιμότερη λατρεία. Το τέμενος ορίζεται από περίβολο που διασώζεται στο μεγαλύτερο μέρος του, εκτός από ένα τμήμα που φαίνεται να έχει καταστραφεί από ένα τεράστιο ογκόλιθο.
Μία μνημειώδης κλίμακα οδηγούσε σε δύο μονόχωρα κτήρια με κοινό ενδιάμεσο τοίχο, και κοινό αναλημματικό τοίχο στη βόρεια πλευρά. Το ανατολικό κτήριο ήταν το κυρίως ναϊκό οικοδόμημα , ενώ το δυτικό χρησίμευε πιθανά ως βοηθητικό πρόκτισμα. Μία θύρα στο ανατολικό μέρος του αδύτου οδηγούσε σε υπαίθριο χώρο, όπου ετελούντο οι θυσίες.
Το άδυτο του ναού είχε πλακόστρωτο δάπεδο, όπως και τα υπόλοιπα δάπεδα του ναού. Πάνω στο δάπεδο υπήρχαν πέντε θήκες απόθεσης προσφορών, στο εσωτερικό των οποίων αποκαλύφθηκαν αγγεία καλής ποιότητας με κομψά σχήματα, ορισμένα τελετουργικού χαρακτήρα, ένα εκ των οποίων ήταν ενεπίγραφο με χαραγμένο στη δωρική διάλεκτο το όνομα της θεάς στην οποία ήταν αφιερωμένος ο ναός : Α Κ Ε Σ Τ Ω Ι Δ Α Μ Α Τ Ρ Ι , η Ακεστώι αφιερώνει στη θεά Δήμητρα.
Ο ναός ήταν δωρικού ρυθμού κτισμένος πάνω στο φυσικό βράχο με δύο αρράβδωτους κίονες, τμήματα των οποίων έχουν διασωθεί. Η οροφή ήταν κορινθιακού τύπου με πήλινους στρωτήρες και καλυπτήρες. Με βάση τη μελέτη των ανασκαφικών δεδομένων και των αρχιτεκτονικών μελών, φαίνεται ότι θα καταστεί δυνατή η γραφική αποκατάσταση του μνημείου, όπως και η μελλοντική αναστήλωση του ναού.
Οι βραχώδεις περιοχές και οι αρχαίες αποθέσεις σε λάκκους που ανασκάφτηκαν , αποκάλυψαν ευρήματα κυρίως των αρχαϊκών χρόνων. Η δαιδαλική τέχνη φαίνεται να κυριαρχεί στην πρώιμη αρχαϊκή περίοδο (650 π.Χ.) με την μορφή γυμνών γυναικείων μορφών με δαιδαλική κόμμωση και υψηλό πόλο. Από τα ευρήματα του 6ου αι. π. Χ. ξεχωρίζουν αντικείμενα από αιγυπτιακό και φοινικικό γυαλί, πήλινα περίαπτα πουλιών και ζώων, αιχμές βελών και δοράτων, μικρογραφικά αγγεία, ένθρονες γυναικείες μορφές, καθώς και ένα γυναικείο ειδώλιο που κρατά παπαρούνα και ρόδι. Όσον αφορά στα ευρήματα του 4ου και 3ου αι. π. Χ. ξεχωρίζουν οι υδρίσκες, μία ραμφόστομη τελετουργική πρόχους με ερυθρόμορφη παράσταση ιπτάμενου έρωτα, σιδερένιες αιχμές και αλαβάστρινα αγγεία.
Οι γεωφυσικές διασκοπήσεις πραγματοποιήθηκαν από τους καθηγητές Γ. Τσόκα και Γ. Βαλλιανάτο με ομάδες του Μεσογειακού Πανεπιστημίου Κρήτης. Οι τομογραφίες απεικόνισαν στο υπέδαφος αρχιτεκτονικά λείψανα και το σχήμα τους στο κάτω μέρος φάνηκε να είναι ημικυκλικό. Εν τούτοις στο ανώτερο τμήμα η εικόνα δεν έδειξε με σαφήνεια την ημικυκλική διάταξη για την αναγνώριση των ερειπίων ως ανήκοντα σε πάλαι ποτέ δημόσιο κτήριο, π.χ. θέατρο ή βουλευτήριο. Μόνο οι ανασκαφές θα συμπληρώσουν την εικόνα που έδωσε η γεωφυσική διασκόπηση και θα οδηγήσουν στην πλήρη ερμηνεία της.
Η ανασκαφή έγινε με την εποπτεία του υπουργείου Πολιτισμού και Αθλητισμού, υπό τη διεύθυνση της δρ. Ελπίδας Χατζηδάκη και την υποστήριξη της διευθύντριας της Eφορείας Χανίων Δρ. Ε. Παπαδοπούλου, ενώ συμμετείχε ο αρχαιολόγος της Εφορείας Δρ. Μιχάλης Μιλιδάκης και ο αρχιτεχνίτης Κ. Μουντάκης. Ελαβαν μέρος επίσης οι αρχαιολόγοι Δρ. Μάικλ Μπέντον, Κ. Μπορμπουδάκη, Π. Ζερβουδάκης, και Γ. Αποστολάκης και οι αρχιτέκτονες Θ. Νακάσης και Ν. Μιχαηλίδης. Στη συντήρηση εργάστηκαν οι Ε. Κατσουλάκη, και Κ. Νικολακάκη. Ως εργατοτεχνίτες ήταν οι Σ. Χισένι, Η. Κουνελάκης, Μ. Μαρκάκης, Ε. Σελίμι, Χ. Μούσα, Γ. Χαραλαμπάκης και Ε. Παρτάλι.
Το έργο πραγματοποιήθηκε με τις ευγενικές χορηγίες του ιδρύματος ΑΙΓΕΑΣ ΑΜΚΕ (Θανάσης και Μαρίνα Μαρτίνου), του υπουργείου Εμπορικής Ναυτιλίας (Γενική Γραμματεία Αιγαίου) με προσωπικό ενδιαφέρον του υπουργού Ι. Πλακιωτάκη και του Συλλόγου Φίλων Αρχαίας Φαλάσαρνας.