Δαίμονες της μεταλλουργικής πυράς και της γονιμότητας, του κρασιού και της θάλασσας, οι Κάβειροι συνδέονται με τον Ήφαιστο ή τον Καδμύλο, τον ιθυφαλλικό Ερμή της Ίμβρου. Συχνά ταυτίζονται με τους Διόσκουρους. Πάνω σε βόρειο, απόκρημνο ακρωτήρι της Λήμνου, κοντά στο λιμάνι της Ηφαιστίας που το διοικούσε, το Καβείριο αγναντεύει τη Σαμοθράκη. Γύρω στο 200 π.Χ., ημιτελές αφήνεται μεγάλο ορθογώνιο κτήριο με στοά στην πρόσοψη, μικρότερο αλλά ανάλογο της Στοάς του Φίλωνος στο Τελεστήριο της Ελευσίνας και διπλάσιο σε πλάτος από το Ιερό της Σαμοθράκης. Τη στενή σχέση με την Αττική και την έντονη θρησκευτική ζωή του Ιερού υπογραμμίζει το υλικό αποθέτη που χρονολογείται από τον 5ο αιώνα π.Χ. έως την ελληνιστική περίοδο.
Τον 3ο αιώνα μ.Χ., ταπεινότερο κτήριο μιμείται την κάτοψη και τη λειτουργικότητα του μεγάλου ελληνιστικού Τελεστηρίου που κάηκε. Εδώ βρέθηκε πλούσιος αποθέτης κεραμικής που καλύπτει το διάστημα από τον 8ο έως και τον ύστερο 6ο αιώνα π.Χ. Καταμετρήθηκαν 300 περίπου αγγεία, ανάμεσά τους οινοχόες, κύαθοι και σκύφοι, κύπελλα, κάνθαροι και αγγεία από γκρίζο bucchero. Αυτή η αρχαιότερη φάση δεν εκπροσωπείται στα ευρήματα της Σαμοθράκης. Την άποψη ότι οι κάνθαροι του Τεμένους της Σαμοθράκης προέρχονται από τη Λήμνο ενισχύει το γεγονός ότι το «καρχήσιον», που αναγνωρίστηκε ως το τελετουργικό αγγείο των Μυστηρίων της Σαμοθράκης, συναντιέται συχνά στον αποθέτη του Καβειρίου της Λήμνου. Κάτω από το κεντρικό κλίτος του υστερορωμαϊκού Τελεστηρίου, αποκαλύφθηκε το αρχικό Τελεστήριο που χρονολογείται στο 700 π.Χ. περίπου. Τα αγγεία, από το β΄μισό του 6ου αιώνα π.Χ., υποδεικνύουν ότι ίσως πρόκειται για το αρχαιότερο Τελεστήριο στον ελληνικό χώρο, παλαιότερο και από το σολώνειο Τελεστήριο της Ελευσίνας. Αναθηματικές επιγραφές σε αγγεία, γραμμένες στο ίδιο αλφάβητο και στην ίδια γλώσσα της γνωστής τυρρηνικής στήλης των Καμινίων του β΄μισού του 6ου αιώνα π.Χ., αποτελούν αδιάσειστη απόδειξη της σχέσης του Ιερού με τον βαρβαρικό πληθυσμό των Τυρρηνών που, στο τέλος της υστεροαρχαϊκής περιόδου, αναγκάστηκαν να εγκαταλείψουν τη Λήμνο και να μεταναστεύσουν στη Χαλκιδική. Η άφιξη και εγκατάσταση των Τυρρηνών στη Λήμνο και την Ίμβρο τοποθετείται μετά το τέλος της 2ης χιλιετίας και συνδέεται με την πρώτη εμφάνιση της καβειρικής λατρείας στο χώρο του Αιγαίου.