Hellerne har lenge opptatt fornforskningen. Skjonghelleren og flere andre hellere på Vestlandet ble undersøkt og beskrevet av biskop Neumann i Bergen i en artikkel i Urda i 1837. I sekelet før det undersøkte likeledes så vel Gerhard Schøning som Erik Pontoppidan huler og hellere. Hellere og huler har imidlertid lokket til seg leg og lærd lenge før den tid. For eksempel forteller Orkneyingasaga om Kale Kolsson som i 1100-årene utforsket Dollsteinhola på Sunnmøre, og som senere laget et kvad om hendelsen.
Den første egentlige utgravning av en heller i Norge fant sted i 1869. I årene som fulgte kom det enkelte gjenstandsfunn fra hellere på Vestlandet inn til museene, som et resultat av at fabrikker i byene nå lot hente ut den guanoen som hadde bygd seg opp ved at sauer og andre husdyr hadde søkt ly på hellergulvet over de siste århundrer. Siden den gang har mange hellere vært gjenstand for arkeologiske utgravninger. Selv om det fremdeles er mange uløste spørsmål, går det an å peke på noen hovedtrekk ved hellernes arkeologi.
Det viser seg at hellerne har vært i bruk og i perioder bebodd gjennom store deler av forhistorisk og historisk tid. En populær oppfatning er at det særlig var i steinalderen at hellerne ble benyttet, og dette er en tanke som i stor grad støttes av de arkeologiske funnene: Svært mange hellere har vist seg å ha vært sesongvis bebodd i eldre og yngre steinalder. Funnene er klart færre ved overgangen til bronsealderen og videre frem mot vår tidsregnings begynnelse, men øker i intensitet i romertid og folkevandringstid. Deretter avtar funnene igjen, og det som er av arkeologiske spor fra senere perioder, vitner oftest ikke om fast bosetning. Vi kjenner imidlertid til at enkelte hellere ble brukt til beboelse så sent som på slutten av 1800-tallet. Vanligere er det at hellerne i middelalderen og senere ble benyttet til andre formål. I mange tilfeller er det funnet spor etter smievirksomhet datert til vikingtid og middelalder i dem, slik nyere utgravninger f. eks. i Hallgrimshelleren i Hardanger og i en heller på Nordby i Larvik har gitt eksempler på. Det finnes utfyllende informasjon om den moderne utforskningen av hellerne på Det vestnorske hellerprosjektets websider (http://huin.uib.no/hellerprosjektet).
Det har vært spesielt mye diskusjon blant arkeologer om bruken av hellerne i romertid og folkevandringstid. Hvem var det som brukte hellerne i det som til dels må ha vært uveisomme trakter i disse århundrene – etter at fast bosetning i langhus og med tilhørende åkerbruk og husdyrhold for lengst var blitt et faktum? Svarene har variert med tid og forskningstradisjon. Enkelte har tenkt seg at hellerne ble benyttet som ”støler” eller fangststasjoner i sommersesongen av bygdefolk, andre at det dreier seg om en sosial underklasse som har hatt fast tilhold i hellerne og inngått som fangstspesialister i jernalderens redistributive økonomi.
I folketradisjonen er hellerne oppholdssteder for røvere og omstreifere. På samme måte som med huler og grotter tenker man seg gjerne hellerne som mye dypere og større enn de faktisk er. Sagnet om hunden som en gang forsvant inn i én hule og kom ut igjen på et helt annet sted – med brent rumpe! – er en gjenganger. I en variant som er knyttet til den nevnte Dollsteinhola, dukket hunden opp igjen i Skottland – året etter! Den brente rumpa antyder hvor langt nede i bakken hunden har vært… Her nærmer vi oss en oppfatning av hellerne som portaler til andre verdener – i dette tilfellet selvsagt det kristne Helvete. Det er jo en nokså nærliggende forestilling, og som motiv finner vi helleren eller hulen som portal også i litteraturen – fra Holbergs Niels Klim, som reiste til en underjordisk verden gjennom hulen i Fløyfjellet i Bergen til Jules Vernes En reise til jordens indre.
En annen vanlig oppfatning i folketroen er at hellerne er dører for troll eller jutuler som bor inne i berget. Den kjente Jutulporten i Vågå skal for eksempel være inngangen til jutulens hall, slik Peter Chr. Asbjørnsen gjengav sagnet i Norske Hulde-Eventyr. Også i den norrøne litteraturen møter vi slike oppfatninger om hellerne. I den eventyrlige Kjalsnesinga saga fra 1300-årene fortelles det om Bue som oppsøker jotnen Dovre, som bor i en heller. Han finner ingen dør i helleren, men denne åpner seg når han slår tre ganger i berget med sverdhjaltet. Flatøyboken beskriver Harald Hårfagres legendariske opphold hos Dovre i helleren. Det ser i det hele tatt ut til at hellerne i den norrøne litteraturen er nært forbundet med jotnene, og dermed også til den norrøne fyrsteideologien med mytologiske ekteskap mellom jordiske herskere og jotnekvinner. Det er vel et slikt ”hellig bryllup” det hintes om i Grimnismål, der Odin sier til Frigg: ”Ser du Agnar, fostersonen din, kor han el born med ei gygr i helleren?”
Det er bemerkelsesverdig at hellere spiller en rolle i flere av de mest skjebnetunge episodene i den overleverte norrøne mytologien. Fra Gylvaginning husker vi gygren Tokk, som ikke ville gråte over Balder. Hun holdt til i en heller. Tricksteren Loke blir, da æsene til slutt får fanget ham, bundet i en heller, der han skal ligge til ragnarok. Tydeligst kommer likevel hellernes rolle som portaler frem i forestillingen om Gnipahelleren. I denne helleren vokter Hels hund, Garm, Helgrinda – og bakenfor ligger dødsriket.
Det er fristende å se en sammenheng mellom denne koblingen av hellere og underjordsmakter på den ene siden og bruken av hellerne til smiing på den andre. Også i kristen middelaldertradisjon finner vi spor av at det har vært knyttet religiøse forestillinger til hellerne, tydeligst når det gjelder Sunnivahelleren på Selje, der Olav Tryggvason og biskop Sigurd skal ha funnet levningene etter St. Sunniva og helligmennene, og der Odd Munk i slutten av 1100-årene nevner at at mange blir helbredet ved bekken som kommer opp inne i helleren.