В области археологии Теплоухов продолжил сбор пермских древностей, начало которому было положено еще до него, в тридцатых подах прошлого века.
На Верхней Каме в обрывах берегов рек, при копке колодцев, во время полевых работ нередко попадались кости каких-то вымерших животных, монеты давно минувших времен, серебряные изделия с изображениями диковинных зверей и птиц, обломки глиняной посуды с необычным орнаментом. Вести о таких находках доходили до Главной конторы, до графа Строганова, Сергея Григорьевича. Этот Строганов увлекался древностями, создал в Петербурге сыгравшую немалую роль в изучении далекого прошлого нашей страны Археологическую комиссию. Он дал управляющему Пермским имением Федоту Алексеевичу Волегову подробные указания о сборе археологических находок и наблюдении за ними. Волегов, сам очень интересовавшийся историей края, стал усердно собирать пермские древности. Одни из них он отсылал в Петербург[6], другие оставлял на месте, в селе Ильинском. Так было положено начало знаменитой коллекции пермских древностей.
В 1864 году эта, хранившаяся в Ильинском, археологическая коллекция перешла к А. Е. Теплоухову. Он был достаточно подготовлен к тому, чтобы не только продолжать сбор древностей, но и начать научную обработку собранного материала. Многое для расширения его кругозора в области археологии дало путешествие за границу, которое он предпринял в 1863 году. За границей Александр Ефимович встретился с виднейшими археологами Европы. Они подсказали ему, как лучше организовать археологическое изучение бассейна Верхней Камы.
В свободное от работы время А. Е. Теплоухов исследовал костища вблизи села Ильинского и на речке Гаревой, выезжал в другие места. Как и в лесных делах, у него были помощники. Лесной смотритель А. Водолеев, например, описывал чудские городища около речки Малый Туй в Усть-Гаревской даче. В восьмидесятых годах А. Е. Теплоухов начал научную обработку собранных материалов. Археологическая коллекция в Ильинском была уже довольно богатой, содержала интересные находки. По материалам, научного описания коллекции он выступил со статьями в заграничных и отечественных изданиях. Привлекло внимание ученых и краеведов его «Известие о чудском селище близ села Кудымкорского», напечатанное в «Записках Уральского общества любителей естествознания» (1880 год). В этом материале А. Е. Теплоухов первым у нас попытался классифицировать орнаменты глиняной посуды и первым же отметил большую разницу между керамикой Предуралья и Зауралья, этим провел важную грань между культурой народов, живших в раннее историческое время по разные стороны Уральского хребта. В «Записках Уральского общества любителей естествознания» появилась и другая интересная статья А. Е. Теплоухова — «О доисторических жертвенных местах на Урале» (1880 год).