Οι θρησκευτικές τελετές που γινόταν προς τιμή των Καβείρων ονομαζόταν "Καβείρια Μυστήρια". Γινόταν στο ιερό των Καβείρων που ήταν χτισμένο στο ακρωτήριο της χλόης απέναντι από την Ηφαιστεία στη Λήμνο.
Κατά την ελληνιστική εποχή η λατρεία των Καβείρων πήρε διεθνή χαρακτήρα και άτομα απ' όλο τον κόσμο συνέρεαν στα κέντρα λατρείας τους όπως της Λήμνου, της Σαμοθράκης και των Θηβών.
Αντίθετα από τα Ελευσίνια μυστήρια η μύηση ήταν ελεύθερη για άντρες γυναίκες και παιδιά όλων των εθνικοτήτων, ελεύθερων και δούλων. Η μύηση γινόταν όταν η ομάδα ή το άτομο αποφάσιζε να παρουσιαστεί στους θεούς και όχι μόνο κατά την εποχή των εορτών. Κάτι αντίστοιχο δηλαδή με τη χριστιανική βάπτιση.
Οι δημόσιες τελετές ήταν περίπου ίδιες με εκείνες των άλλων ιερών. Έτσι γινόταν θυσίες ζώων στους θεούς, σπονδές, προσευχές και αφιερώματα. Το σημαντικότερο γεγονός ήταν η γιορτή της πορφυρίας όπου ζωντάνευε η ανακάλυψη της φωτιάς που όπως θέλει η παράδοση έγινε στην ίδια τη Λήμνο.
Οι συντεχνίες των μεταλλουργών έπαιζαν ιδιαίτερο ρόλο. Ανέβαιναν στο όρος Μόσυχλο όπου άναβαν καθαρή και αμόλυντη φλόγα με ένα χαλκείο, δηλαδή ένα χάλκινο κάτοπτρο που κρατούσαν απέναντι στον ήλιο, κάτι δηλαδή σαν τη σημερινή αφή της Ολυμπιακής φλόγας!
Μετά το 175 π.Χ. που η Λήμνος έγινε μέλος της Συμμαχίας της Δήλου το νέο φως το έπαιρναν από το ιερό της Δήλου. Επί εννιά μέρες έσβηναν όλες τις φωτιές του νησιού και έστελναν στη Δήλο ένα πλοίο να φέρει το νέο φως. Κατά την περίοδο της αναμονής οι κάτοικοι επικαλούντο τους χθόνιους θεούς έως ότου έφτανε το πλοίο και ο Ήφαιστος θριάμβευε.
Οι αρχαιολογικές ανασκαφές, που πραγματοποιήθηκαν από την Ιταλική Αρχαιολογική Σχολή, έφεραν στο φως το ιερό των Καβείρων, που γνώρισε μακρά περίοδο ζωής από τον 8ο π.Χ. αιώνα έως την ύστερη αρχαιότητα. Τα κτίρια του εκτός των τειχών της Ηφαιστίας ιερού, είναι κτισμένα πάνω σε δύο μικρά άνδηρα, διαμορφωμένα στην πλαγιά του χαμηλού λόφου που κατεβαίνει απότομα στη θάλασσα, σχηματίζοντας το ακρωτήριο Χλόη. Από τη μεριά της ξηράς ο περίβολος του ιερού διατρέχει την κορυφογραμμή, ενώ από τη μεριά της θάλασσας ο χώρος του ιερού προστατεύεται από ισχυρά αναλήμματα.
Στο νότιο πλάτωμα, αποκαλύφθηκε πρόσφατα τελεστήριο των αρχαϊκών χρόνων. Πρόκειται για ένα κτήριο ακανόνιστης ορθογώνιας κάτοψης με κυκλική προεξοχή, που ήταν ένα είδος βωμού ή «βήματος». Η μορφή του κτηρίου και τα ευρήματα εδραιώνουν την άποψη ότι αυτή είναι η αρχαιότερη φάση του τελεστηρίου, που οικοδομήθηκε πιθανότατα στις αρχές του 7ου αιώνα π.Χ. και καταστράφηκε το δεύτερο μισό του ίδιου αιώνα.
Το βόρειο πλάτωμα καταλαμβάνεται από το τελεστήριο των ελληνιστικών χρόνων. Πρόκειται για ένα πρόστυλο κτήριο με δώδεκα δωρικούς κίονες, χωρίς ανοιχτό χώρο μπροστά από την είσοδό του. Το τελεστήριο, που χρονολογείται γύρω στο 200 π.Χ., λεηλατήθηκε και κάηκε κατά τους ρωμαϊκούς αυτοκρατορικούς χρόνους, ανάμεσα στο 2ο και στον 3ο αιώνα μ.Χ., όταν η περιοχή εγκαταλείφθηκε και λειτούργησε ως ένα μεγάλο «λατομείο» για την οικοδόμηση μεταγενέστερων κτηρίων.
Το υστερορωμαϊκό τελεστήριο (η λεγόμενη Βασιλική), που βρίσκεται στο νότιο πλάτωμα, είναι θεμελιωμένο πάνω στο αρχαϊκό. Η διαμόρφωσή του δείχνει ότι θέλησαν να επαναλάβουν, σε γενικά πλαίσια αλλά σε μικρότερες διαστάσεις, την κάτοψη του κατεστραμμένου παλαιού ελληνιστικού κτηρίου. Τα ερείπιά του αντιπροσωπεύουν την τελευταία περίοδο ύπαρξης του ιερού και μαρτυρούν τη μακρά επιβίωση της λατρείας των Καβείρων στη Λήμνο. Δεν υπάρχει κανένα ίχνος αντικατάστασης της λατρείας αυτής με τη χριστιανική. Ίσως η καταστροφή του οικοδομήματος και το οριστικό τέλος του ιερού να οφειλόταν στην καταστροφική μανία των πρώτων χριστιανών στα τέλη του 3ου ή τις αρχές του 4ου αιώνα π.Χ. Από αυτή την περίοδο σώζονται οικοδομικά λείψανα κατοικιών.
Κατά την ελληνιστική εποχή η λατρεία των Καβείρων πήρε διεθνή χαρακτήρα και άτομα απ' όλο τον κόσμο συνέρεαν στα κέντρα λατρείας τους όπως της Λήμνου, της Σαμοθράκης και των Θηβών.
Αντίθετα από τα Ελευσίνια μυστήρια η μύηση ήταν ελεύθερη για άντρες γυναίκες και παιδιά όλων των εθνικοτήτων, ελεύθερων και δούλων. Η μύηση γινόταν όταν η ομάδα ή το άτομο αποφάσιζε να παρουσιαστεί στους θεούς και όχι μόνο κατά την εποχή των εορτών. Κάτι αντίστοιχο δηλαδή με τη χριστιανική βάπτιση.
Οι δημόσιες τελετές ήταν περίπου ίδιες με εκείνες των άλλων ιερών. Έτσι γινόταν θυσίες ζώων στους θεούς, σπονδές, προσευχές και αφιερώματα. Το σημαντικότερο γεγονός ήταν η γιορτή της πορφυρίας όπου ζωντάνευε η ανακάλυψη της φωτιάς που όπως θέλει η παράδοση έγινε στην ίδια τη Λήμνο.
Οι συντεχνίες των μεταλλουργών έπαιζαν ιδιαίτερο ρόλο. Ανέβαιναν στο όρος Μόσυχλο όπου άναβαν καθαρή και αμόλυντη φλόγα με ένα χαλκείο, δηλαδή ένα χάλκινο κάτοπτρο που κρατούσαν απέναντι στον ήλιο, κάτι δηλαδή σαν τη σημερινή αφή της Ολυμπιακής φλόγας!
Μετά το 175 π.Χ. που η Λήμνος έγινε μέλος της Συμμαχίας της Δήλου το νέο φως το έπαιρναν από το ιερό της Δήλου. Επί εννιά μέρες έσβηναν όλες τις φωτιές του νησιού και έστελναν στη Δήλο ένα πλοίο να φέρει το νέο φως. Κατά την περίοδο της αναμονής οι κάτοικοι επικαλούντο τους χθόνιους θεούς έως ότου έφτανε το πλοίο και ο Ήφαιστος θριάμβευε.
Οι αρχαιολογικές ανασκαφές, που πραγματοποιήθηκαν από την Ιταλική Αρχαιολογική Σχολή, έφεραν στο φως το ιερό των Καβείρων, που γνώρισε μακρά περίοδο ζωής από τον 8ο π.Χ. αιώνα έως την ύστερη αρχαιότητα. Τα κτίρια του εκτός των τειχών της Ηφαιστίας ιερού, είναι κτισμένα πάνω σε δύο μικρά άνδηρα, διαμορφωμένα στην πλαγιά του χαμηλού λόφου που κατεβαίνει απότομα στη θάλασσα, σχηματίζοντας το ακρωτήριο Χλόη. Από τη μεριά της ξηράς ο περίβολος του ιερού διατρέχει την κορυφογραμμή, ενώ από τη μεριά της θάλασσας ο χώρος του ιερού προστατεύεται από ισχυρά αναλήμματα.
Στο νότιο πλάτωμα, αποκαλύφθηκε πρόσφατα τελεστήριο των αρχαϊκών χρόνων. Πρόκειται για ένα κτήριο ακανόνιστης ορθογώνιας κάτοψης με κυκλική προεξοχή, που ήταν ένα είδος βωμού ή «βήματος». Η μορφή του κτηρίου και τα ευρήματα εδραιώνουν την άποψη ότι αυτή είναι η αρχαιότερη φάση του τελεστηρίου, που οικοδομήθηκε πιθανότατα στις αρχές του 7ου αιώνα π.Χ. και καταστράφηκε το δεύτερο μισό του ίδιου αιώνα.
Το βόρειο πλάτωμα καταλαμβάνεται από το τελεστήριο των ελληνιστικών χρόνων. Πρόκειται για ένα πρόστυλο κτήριο με δώδεκα δωρικούς κίονες, χωρίς ανοιχτό χώρο μπροστά από την είσοδό του. Το τελεστήριο, που χρονολογείται γύρω στο 200 π.Χ., λεηλατήθηκε και κάηκε κατά τους ρωμαϊκούς αυτοκρατορικούς χρόνους, ανάμεσα στο 2ο και στον 3ο αιώνα μ.Χ., όταν η περιοχή εγκαταλείφθηκε και λειτούργησε ως ένα μεγάλο «λατομείο» για την οικοδόμηση μεταγενέστερων κτηρίων.
Το υστερορωμαϊκό τελεστήριο (η λεγόμενη Βασιλική), που βρίσκεται στο νότιο πλάτωμα, είναι θεμελιωμένο πάνω στο αρχαϊκό. Η διαμόρφωσή του δείχνει ότι θέλησαν να επαναλάβουν, σε γενικά πλαίσια αλλά σε μικρότερες διαστάσεις, την κάτοψη του κατεστραμμένου παλαιού ελληνιστικού κτηρίου. Τα ερείπιά του αντιπροσωπεύουν την τελευταία περίοδο ύπαρξης του ιερού και μαρτυρούν τη μακρά επιβίωση της λατρείας των Καβείρων στη Λήμνο. Δεν υπάρχει κανένα ίχνος αντικατάστασης της λατρείας αυτής με τη χριστιανική. Ίσως η καταστροφή του οικοδομήματος και το οριστικό τέλος του ιερού να οφειλόταν στην καταστροφική μανία των πρώτων χριστιανών στα τέλη του 3ου ή τις αρχές του 4ου αιώνα π.Χ. Από αυτή την περίοδο σώζονται οικοδομικά λείψανα κατοικιών.
