Στο ΒΑ άκρο του νησιού της Λήμνου, στο ακρωτήριο Χλόη, δεσπόζει επιβλητικό το ιερό των Καβείρων, το οποίο χρονολογείται από τα τέλη του 8ου αι. π.Χ. έως και τον 5ο αιώνα μ.Χ. Ήταν κτισμένο πάνω σε δύο τεχνητά άνδηρα, ένα στο νότιο και ένα στο βόρειο τμήμα.
Στο ιερό, κυρίαρχοι χώροι ήταν τα τελεστήρια, ενταγμένα σε περίβολο για να προφυλάσσονται οι τελετουργίες από τα βλέμματα των αμύητων.
Τα ιερά πλαισίωναν δευτερεύοντες οικιστικοί χώροι, από τους οποίους κατάλοιπα σώζονται στα βραχώδη πρανή. Πρόκειται για κτίσματα με μικρά δίχωρα ή τρίχωρα δωμάτια και κεντρική αίθουσα.
Από το εσωτερικό των οικιών, εξαιρετικό ενδιαφέρον παρουσίασε η ανεύρεση μεγάλου αριθμού πήλινων κυψελών, οριζόντιου και κάθετου τύπου, της ελληνιστικής και ρωμαϊκής περιόδου, καθώς και θραύσματα πίθων, με εγχάρακτη επιγραφή του ιερού στο χείλος
Η ανεύρεση της μοναδικής μέχρι σήμερα ταφής στο ιερό, η οποία χρονολογείται επίσης στον ύστερο 4ο αιώνα π.Χ., παρουσίασε επιπρόσθετο ενδιαφέρον στο χώρο λατρείας των Καβείρων.
Στο ιερό των Καβείρων, η πρώιμη περίοδο λατρείας ανάγεται στους αρχαϊκούς χρόνους και επιβεβαιώνεται από την παρουσία του μικρού υστεροαρχαϊκού τελεστηρίου, το οποίο χρονολογείται στον 7ο αιώνα π.Χ. Καθώς οι διαθέσιμες αρχαιολογικές ενδείξεις για τη λειτουργία του ιερού κατά την κλασική περίοδο είναι ελάχιστες, η περίοδος ακμής του Καβειρίου σημειώνεται κατά την ελληνιστική και ρωμαϊκή περίοδο και σηματοδοτείται από την ανοικοδόμηση του λαμπρού ελληνιστικού τελεστηρίου, το οποίο χρονολογείται στον 2ο αιώνα π.Χ. Πέντε αιώνες αργότερα, τον 3ο αιώνα μ.Χ. ο ελληνιστικός ναός καταστράφηκε και αποδομήθηκε με σκοπό την κατασκευή ενός νέου λατρευτικού κτηρίου. Πρόκειται για το υστερορωμαϊκό τελεστήριο, η εγκατάλειψη του οποίου κατά τον 5ο αιώνα μ.Χ. σηματοδοτεί και την οριστική εγκατάλειψη του μεγάλου ιερού των Καβείρων.