על-פי הממצא הארכיאולוגי, גבעת התיתורה הייתה מיושבת כמעט ברציפות במהלך קרוב ל-6,000 השנים האחרונות. אין בתחומה של מודיעין המודרנית אתר ארכיאולוגי בעל רצף התיישבותי דומה, עובדה ההופכת את גבעת התיתורה לאתר העתיק המרכזי באזור.
הארכיאולוג הנודע אולברייט הציע לראשונה כי קדתם, אתר המופיע בכתובת שישק, הוא היישוב העתיק הנמצא בגבעת התיתורה, והוא מזהה ביישוב זה את גיתיים מתקופת המקרא (נחמיה, י"א, ל"ג).
לדעה זו הצטרפו במהלך השנים מספר היסטוריונים נוספים (שישק מלך מצרים נזכר במספר מקומות במקרא. לאחר מות שלמה, פלש שישק לארץ-ישראל והחריב ערים רבות. על קירות מקדש אמון בכרנך שבמצרים התגלתה כתובת ובה תיאור המסע הצבאי ושמות הערים אותן כבש שישק וביניהן קדתם).
גבעת התיתורה חולשת על שתי דרכים עתיקות חשובות אשר חיברו בין מישור החוף לירושלים. מעט מצפון לגבעה, בסביבת תל שילת (הכפר החשמונאי) וכפר רות, עובר חלקו התחתון של מעלה בית-חורון ואילו מדרום לגבעה (בתוואי שדרות עמק החולה של היום) עבר תוואי דרך אשר חיברה בין לוד לירושלים.
מיקומה של גבעת התיתורה בקרבת שתי הדרכים העתיקות לירושלים וכמות בורות המים הגדולה והחריגה אשר נסקרה על הגבעה (למעלה מ-100 בורות-מים. על-פי אחד המקורות – כ-180 בורות!) מחזקים את ההשערה כי היישוב שהתקיים כאן שימש בחלק מהתקופות, בין השאר, כתחנה של עולי-רגל בדרכם לעיר-הקודש.
כאמור, לא ידוע שמו הקדום של היישוב. בהמשך להצעה בדבר זיהויה של גבעת התיתורה כגיתיים המקראית, הציע רוני אלנבלום כי בתקופה הצלבנית התקיים במקום יישוב ומבצר בשם Castrum Git, יישוב אשר קיומו נרמז ברשימות כנסיית הקבר בירושלים, שם נזכר גם אדם בשם Robertus de Git.
גבעת התיתורה נסקרה כבר בידי חוקרי המאה ה-19 דוגמת רובינסון, גרן, קלרמון-גנו וחוקרי ה-PEF, הקרן הבריטית לחקר פלשתינה/ארץ-ישראל. מאז 1970 נערכו בסביבת גבעת התיתורה מספר סקרים ארכיאולוגיים ומאמצע שנות התשעים, לקראת בניית העיר, בוצעו בגבעה עצמה ובסביבתה הקרובה חפירות הצלה רבות. הממצאים מעידים כי ראשית ההתיישבות במקום הייתה בתק' הכלקוליתית והמשכה בתקופות הברונזה, הברזל, הפרסית, ההלניסטית (ובכללה תקופת החשמונאים), הרומית, הביזאנטית, האסלאמית הקדומה, צלבנית-איובית, ממלוכית ועות'מאנית.
להלן רשימה של ממצאים ארכיאולוגיים מרכזיים מתקופות שונות אשר נתגלו על גבעת התיתורה: הממצא הכלקוליתי (כ-4,000 לפנה"ס) נמצא בעיקר במזרחה של הגבעה וכולל כלי צור רבים, חרסים וכלים שונים וכן צלמית כינור עשויה מאבן-צפחה (ממצא שייתכן ששייך לתקופת המעבר בין התקופה הכלקוליתית לתקופת הברונזה). ייתכן שספלולים אשר נמצאו בתיתורה שייכים אף-הם לתקופה זו. ממצאים נוספים במערות אשר התגלו באותו אזור (מזרח הגבעה) הם מתקופת הברונזה הקדומה (כ-3,000 לפנה"ס). ממצאים מתקופת הברונזה התיכונה (כ-2,000 לפנה"ס) כוללים כלי-חרס תמימים (שלמים). מתקופת הברזל (מאות 6-12 לפנה"ס, תקופת ממלכות ישראל ויהודה) נחשף בסביבת בריכת-המים מבנה וחצר ובה מתקנים חקלאיים. במבנה ובחצר התגלו כלי-בית שונים. גם מדרום לבריכת המים התגלו יסודות קירות המיוחסים לתקופת הברזל. במערות שונות במערב הגבעה נמצאו כלי-חרס תמימים רבים מתקופה זו.