Kaali on tuntud eelkõige kui meteoriidikraater, täpsemalt peakraater, mille ümber on teada veel kaheksa väiksemat kraatrit. Meteoriidi langemist dateeritakse väga erinevalt. Viimastel andmetel toimus see sündmus, mis tõi tolleks ajaks juba üsna tihedalt asustatud Saaremaa inimeste jaoks kaasa väiksema tuumapommi mõõtu katastroofi, pronksiaja teisel poolel või lõpus, ca 1600-800 BC. Meteoriit lendas Saaremaale ida poolt, mis pidi olema nähtav kõikjal Läänemere põhjapoolmikku ümbritsevatel aladel. On arvatud, et ellujäänud võisid tõlgendada seda päikese hukkumisena, seda enam, et ilmselt varjutas plahvatusest tekkinud tolm päevavalguse pikaks ajaks.
Aastatel 1976–79 toimusid arheoloogilised kaevamised Kaali järves ning selle kallastel (Vello Lõugas). Kaevamiste tulemused on kahjuks publitseeritud vaid vähesel määral ning aruanded puuduvad. Avastati peakraatri kirdeküljel poolkaarekujulise põhiplaaniga kindlustatud asulakoht. Saadud keraamikakillud ning üksikud esemed dateerisid koha varasema kasutusjärgu 8.–6. sajandisse eKr ehk pronksiaja teise poolde, suurema osa leidudest võib aga dateerida ka eelrooma rauaaega (500 BC – 50 AD), Lõugase esialgsel hinnangul võib-olla ka 3.-4. sajandisse AD. Kaali asulakohalt saadud 14C dateeringud viitavad samuti 6. sajandi lõpule – 4. sajandile eKr, seega pronksiaja päris lõpule ja eelrooma rauaajale. Koha ebatavaline asukoht osutab, et tegemist oli pigem kultusliku kui mingi muu funktsiooniga rajatisega.
Säilinud osas 2 m laiuse ja (kraatrivallist väljastpoolt vaadates) 2,5 m kõrguse paeplaatidest kuivmüüriga ümbritsetud ala oli kuni 800 m2 suurune. Kaevand linnuse või kindlustise keskosas hõlmas umbkaudu 135 m2. Valli siseküljel avastati vähemalt kaks nelinurkset platvormi, mis meenutavad sarnaseid platvorme näiteks Tõnija Tuulingumäe kultuskohas. Lõugas interpreteeris platvorme kui hoonealuseid. Nende vahel, linnuse õuel, paiknesid lähestikku viis-kuus silmatorkavalt suurt raudkivi. Üks samasugune kiviplatvorm paiknes ka valliga piiratud alast väljaspool.
Valli kõrval, nii sise- kui ka välisküljel, avastati põlengukiht. Võimalik, et valli oli omal ajal katnud mingi puitrinnatis, mis hävis tulekahjus.
Pigem koha kultuslikule funktsioonile viitava leiuna võib veel mainida kahest spiraalkäevõrust ja kaelavõrust koosnevat hõbeaaret ning neist eraldi leitud hõbesõrmust, mis oleks tavalise asula leidudena ebatavalised. Ehted võib dateerida pikka perioodi 500 BC -450 AD.
- aastal rajati Kaali järve, mis sel otstarbel mõneks ajaks tühjaks pumbati, proovikaevand. Üsna pea tõkestasid tee risti-rästi järve kukkunud puutüved ning suuremad kivid, mis umbes 4 m sügavusel muutsid edaspidised kaevamistööd võimatuks. Vanim puutüvi, millest sai võetud dendrokronoloogiline analüüs, kuulus 1181. aastal kasvama hakanud tammele, mis oli varisenud järve 1426. aastal.
Arvatavalt juba muinasajal, võib-olla samal ajal, kui oli kasutuses valliga piiratud ala, on Kaali järv ümbritsetud massiivse kivimüüriga. Müüri alus on 2,3-2,8 m laiune. 1979. aastal müüri 10 m ulatuses lõiganud kaevand osutas, et müürist väljaspool puudub kultuurkiht täielikult, müüri vahetult ääres seespool leiti aga rohkesti koduloomade – härgade, hobuste, sigade, lammaste ja koerte – luid, peamiselt hambaid ning koljude osi. Arvatavalt on tegu ohverdustega. Loomaluudest kõrgemalt müüri äärest leiti muinasaegsed savinõukillud, mille põhjal Lõugas dateeris ringmüüri rajamise umbes ajaarvamise vahetusse.
Vaade Kaali kraatrit ümbritsevale kiviaiale ja varasema ringmüüri alusele selle all.
Järve kallastelt on 1977. aastal leitud ka sepikoja jäänused, kuid need kuuluvad 17.-18. sajandisse AD. Kuigi Lõugas peab võimalikuks, et sel kohal tegeldi rauatööga ka juba muinasajal, ühtegi tõestust selle kohta ei saadud.
Rauatootmisel tekkivat ślakki on leitud ka järve ümbritseva valli kaguosast. Mis ajal ja mille tulemusel see sinna sattus, pole teada.
Kaali kompleksi on interpreteeritud ja ka dateeritud erinevalt. Vahepealse määratluse järgi oli see pronksiaegne kindlustatud asula. Tänapäeva arheoloogid oletavad pigem, et tegu on pronksiaja lõppu ja rauaaja algusesse dateeruva kultuskohaga. Võib arvata, et tollal oli mälestus toimunud katastroofist veel värske ning taevase päritoluga järv seega igati sobiv kultusekohaks.
