Değirmentepe Höyüğü, Malatya ilinin 23 kilometre kuzeydoğusunda Battalgazi ilçesi sınırları içerisinde keşfedilmiştir. Höyük şu anda Karakaya Barajı suları altında kalmıştır. Değirmentepe Höyüğü, Doğu Anadolu’daki ilk yerleşim merkezlerinden birisidir. Sahip olduğu su kaynakları ve verimli ovası ile önemli bir höyük olarak yer almaktadır.
Değirmentepe‘de ilk yerleşimin M.Ö. 5000 yıllarına dayandığı bulunan heykelcikler ve diğer buluntular sayesinde ortaya çıkmıştır.
Son Kalkolitik çağda Orta Anadolu, Kuzey Mezopotamya ve Suriye ile ticari ilişkileri bulunan önemli bir merkez olan Değirmentepe, su altında kalmadan önce; Fırat Nehri kıyısı düzleminden 12 m; güneyindeki yol seviyesinden 4.5 m yüksekliğinde; kuzey-güney yönünde 125 m; doğu-batı yönünde 200 m uzunluğunda; üstten bakıldığında kabaca “8” biçimli orta boyutlu bir tepeydi. Höyük; Fırat kenarındaki verimli tarlalar ile kaplı dar bir kıyı ovasında yer almaktaydı.
1970’li yılların sonlarına doğru İstanbul Üniversitesinden Prof. Dr. Ufuk Esin tarafından başlatılan Değirmentepe kurtarma çalışmaları sırasında Malatya bölgesinde yaygın olarak kullanılan tek renk seramikler ile Halaf Kültürüne ait Hassuna boyalı seramiklerde keşfedilmiştir. Değirmendere’de çok sayıda taştan ve pişmiş topraktan damga mühürleri ile pişmemiş toprak mühür baskıları bu yörelerin önemli bir ticaret merkezi olduğunu belgelemektedir. Anadolu ile olduğu gibi, Kuzey Mezopotamya ve Suriye ile de Fırat Nehri yolu ile ticaret bu dönemde yapılmıştırYerleşim merkezindeki binalar dikdörtgen biçimli olup bitişik düzende inşaa edilmiştir.