A Kis-kőháti-zsomboly hosszú ideig az ország legmélyebb s egyúttal legmagasabban nyíló aknarendszere volt, amelyet a kutatók mindig illő tisztelettel kerestek fel. Napjainkban 110 m-es mélységével már visszacsúszott a hazai mélységi ranglista 15-17. helyére, s az új ereszkedő- és mászógépek elterjedésével bejárása egyáltalán nem jelent különleges erőfeszítést.

A Bükk-fennsík déli peremén emelkedő Kis-Kőhát oldalában, 920 m tszf. magasságban nyíló 30x15 m átmérőjű berogyást s az alján tátongó feneketlen mélységet a környékbeliek régóta ismerték. Első bemászására mégis csak 1929-ben került sor, amikor Kadic Ottokár felkérésére Schönvinszky László leereszkedett a bejárati kürtő 35 m-es mélységébe. Alján hatalmas törmelékkúpot, állatcsontokat, bedobált korhadt fatörzseket, s egy kürtős rövid oldalágat talált. Néhány évvel később Dancza János nagy apparátussal vonult a zsombolyhoz, kibontotta a bejárati akna alját eltorlaszoló törmeléket, s bejutott előbb egy kisebb, majd egy hatalmas méretű terembe. A bejárati részhez falétrákat szerelt fel, az Óriás-teremből induló, függőleges, 50 m mélységű és szabályos keresztmetszetű aknába pedig vaslétrákat erősített. A kürtő alján több ponton próbált lejjebb hatolni, de az állandóan omló és mozgó kövek között kísérlete nem vezetett számottevő eredményre. Később, 1953-ban az elrozsdásodott vaslétrákat Dancza maga szerelte ki. Az 1950-es évek elején Jakucs László s különösen Leél-Őssy Sándor foglalkozott a zsomboly karsztmorfológiai viszonyaival. Az 1970-es évek elején a Vörös Meteor Foton csoportja Tihanyi Péter vezetésével kereste fel több alkalommal is a zsombolyt; közben állatcsontokat találtak, amelyeket eljuttattak Kordos Lászlóhoz. A segítségükkel éveken keresztül végrehajtott nagyszabású leletmentés eredményeként a Kis-kőháti-zsomboly kilenc különböző pontjáról sikerült puhatestű és főleg gerinces faunát gyűjteni, amelyek alapvető fontosságúaknak bizonyultak az elmúlt tízezer év, a holocén gerinces faunafejlődése, rétegtani beosztása és paleoklímája számára. A hetvenes évek végén több kutatócsoport megpróbálta mélyebben is feltárni a zsombolyt, de annak nagyfokú eltömődése, a várhatóan igen nagy munka eddig mindenkit elriasztott.

A barlang felépítése rendkívül egyszerű. A tágas bejárati kürtő lefelé tágulva egy kereszthasadék mentén megkettőződik, az alját kitöltő törmelékkúp pedig, kitöltve a teljes barlangszelvényt, lehúzódik a mélyebben fekvő Óriás-terembe. Ez a valóban hatalmas tér magán viseli a pusztulás minden nyomát. Alját leszakadt kőtömbök teszik nehezen járhatóvá, peremein kisebb, lefelé és fölfelé haladó, rendszerint cseppköves, rövid oldaljáratokba, kürtőkbe lehet jutni. Közepén emelkedik a Kút nevű cseppkőkúp, amelyre szaporán hull a leszivárgó víz. A kutatóexpedíciók nagy része az itt összegyűjtött vízzel látta el magát, miután a közelben forrásvíz nincs. A terem peremén, elaggott cseppkőlefolyások között nyílik a két-három méter átmérőjű, teljesen függőleges, cseppkövekkel bevont 50 m-es akna, amely alján harangszerűen kiszélesedve, kisebb termet alkot. A behullott kőtörmelék között több igen omladékos járatban még kb. 20 m-t lehet óvatosan leereszkedni, s azután megszűnik a barlang.

Mint Leél-Őssy Sándor megállapította, a zsomboly középső-triász mészkőben keletkezett, kialakulásában a karsztos erózió és korrózió egyaránt jelentős szerepet játszott. A barlangi agyagban kvarckavicsokat talált, amelyek feltételezését alátámasztják. Miután a zsomboly nem egy, hanem több egymás mellett futó aknából áll, több ütemű felszakadással magyarázza létrejöttüket. Újabban Jakucs László vetette fel, hogy a pleisztocén eljegesedések idején magas karszthegységeink az alpi típusú karsztosodási övbe tartoztak, ahol a nagy mennyiségű leszivárgó víz hatására a zsombolyok szinte egymás hegyén-hátán keletkeztek. A Kis-kőháti-zsomboly esetén is hasonló hatással kell számolnunk.

A zsomboly gerinces maradványainak vizsgálatából néhány jellemző barlangkitöltés korát rögzíteni lehetett. Ezek szerint a legidősebb képződmény a zsomboly legalján előforduló törmelék, amely a rissz-würm interglaciálisban élt állatok maradványait tartalmazza. A bejárati aknán behullott törmelék, valamint a zsomboly több pontján különböző körülmények között felhalmozott gerinces maradványok mind holocénnak bizonyultak. Ez azért jelentős, mert a barlangban igen nagy tömegű üledék van, s az üreg a Bükk legmagasabb régiójában nyílik. Ha a fokozatosan leszálló karsztvízszinthez igazodó barlangképződési módot fogadjuk el, úgy a zsombolynak a legidősebbek közé kellene tartoznia. Ennek azonban az őslénytani eredmények ellentmondanak, ugyanúgy mint a bükki "kövek" barlangjainak igen eltérő korú barlangkitöltései is. A zsomboly környékén lévő barlangok, mint a Kőháti-barlang, vagy a Nagy-Tölgyes-oromi-víznyelő, a Kis-kőháti-zsombolyhoz hasonlóan, elaggott, erősen feltöltődő és pusztuló állapotban vannak. Nagyon valószínű, hogy e barlangok a pleisztocén folyamán egy vízrendszerhez tartoztak. Ma már azonban csak roncsbarlangok, amelyek között nem valószínű, hogy létezik járható összeköttetés.

Az Óriás-terem nagy részét kitöltő és az első aknaszintről induló törmelékkúp felső rétege a holocénon belül új életrétegtani egység, a Kőháti-szakasz felállítását tette lehetővé. A terem egyik szép, fölfelé tartó cseppköves kürtőjének padkájáról, mészkéreggel bevont medencéből több száz patkósorrú denevér épségben megmaradt csontját gyűjtötte össze Kordos László. Az elvégzett biometriai vizsgálatok szerint, a holocén klímaoptimuma idején élt denevérek eltértek a ma élőktől. Erősebb, nagyobb szárnnyal, rövidebb lábbal, nagyobb koponyával (elsősorban arckoponyával) és felső fogakkal, nyújtottabb alsó állkapoccsal rendelkeztek. Tehát jobb repülők voltak, mint mai társaik, s mivel tájékozódásukban az orrukon keresztül kibocsátott s fülükkel felfogott ultrarövid hullámok irányítják őket, így ezek a szervek is nagyobbak voltak. Ma még nem lehet tudni, hogy ezek a különbségek faji vagy alfaji eltérést mutatnak-e a ma élő alaktól, mert mindeddig egyetlen lelőhelyről sem került elő olyan tömegű kis patkósorrú denevércsont, mint a Kis-kőháti-zsombolyból. Ezért az összehasonlításra még várni kell.

A denevércsontok segítettek az egykori barlangi és felszíni évi középhőmérséklet meghatározásában is. Jelenleg a barlangban 4-6°C léghőmérséklet mellett a melegigényes patkósorrú denevérek nem élnek, viszont több ezres tömegben telel a hidegtűrő közönséges denevér. Tehát öt-hatezer évvel ezelőtt a barlangi levegőnek melegebbnek kellett lennie, hogy a 10°C-nál hűvösebb körülmények között tömegesen nem telelő patkósorrú denevérek a zsombolyban megtelepedjenek. Sikerült kiszámítani, hogy a holocén klímaoptimuma idején a barlangban 10-11°C hőmérséklet volt, ami megfelel a barlang környezete felszíni évi középhőmérsékletének is.