Ο Αμερικανός αρχαιολόγος R.B. Seager ανακάλυψε τον αρχαιολογικό χώρο στο Μόχλος το 1907 με τις υποδείξεις ενός ντόπιου ψαρά. Τον αμέσως επόμενο χρόνο, ξεκίνησε ανασκαφές στο μικρό νησάκι που έφεραν στο φως 20 χτιστούς τάφους και περίπου 12 κατοικίες.
Το 1955 ο J. Leatham και S. Hood με υποβρύχιες έρευνες ανακάλυψαν ρωμαϊκές ιχθυοδεξαμενές στην ακτή απέναντι από το νησάκι, επιβεβαιώνοντας έτσι την υπόθεση ότι το νησί του Μόχλου ήταν χερσόνησος κατά την εποχή του Χαλκού. Σύμφωνα με τα συμπεράσματα των ανασκαφών, το νησί του Μόχλου εξελίχθηκε σε ένα από τα σημαντικότερα κέντρα του μινωικού πολιτισμού. Η πεδιάδα στη στεριά παρείχε πλούσια αγροτική παραγωγή και ο στενός πορθμός που ένωνε στην αρχαιότητα το σημερινό νησάκι με τη στεριά, σχηματίζοντας δυο φυσικά λιμάνια, εξασφάλιζε τα πλοία από κάθε είδους καιρικές συνθήκες. Ως σημαντικό κέντρο διακομιστικού εμπορίου εισήγαγε οψιανό από τη Μήλο και άλλες πρώτες ύλες από την Ανατολή τις οποίες διοχέτευε στην υπόλοιπη Κρήτη. Η ανακάλυψη ενός σφραγιδοκύλινδρου που προέρχεται από την Βόρεια Συρία και χρονολογείται γύρω στον 18ο π.χ αιώνα, αποδεικνύει την σπουδαιότητα του λιμανιού.Στη «συνοικία των τεχνιτών» κατασκευάζονταν χρυσά κοσμήματα, σφραγιδόλιθοι, και τα φημισμένα λίθινα αγγεία του Μόχλου, πολλά από τα οποία βρέθηκαν σε τάφους αυτής της εποχής. Μετά την καταστροφή από την έκρηξη του ηφαιστείου της, η πόλη του Μόχλου ανακατασκευάστηκε και επεκτάθηκε.