תקופת אל-עמארנה (המאה ה-14 לפנה"ס) מכונה על שם הארכיון שנתגלה בחורבות אחתאתן (אל-עמארנה שבמצרים), בירתו של פרעה אחנאתן/אמנחותפ הרביעי. בארכיון זה נשתמרו איגרות רבות יחסית שנשלחו למצרים על-ידי שליטי ערי-הממלכה הכנעניות ששכנו באזור השפלה, ובזכות איגרות אלה המפה הפוליטית של אזור זה באותה תקופה ברורה למדי. לעומת זאת, הידע הארכיאולוגי על תקופה זו באתרים מרכזיים בשפלה לוקה מאוד בחסר. אנומאליה זו מבליטה את ייחודו של תל בית-שמש. לאחר שנחפר בעבר (1911-12; 1928-33) ובהווה (מאז 1990) במידה נרחבת, יכול תל בית-שמש למלא את החסר ולספק תמונה מלאה של עיר-ממלכה מתקופת אל-עמארנה. יתרה מזו, חקר מוצאן של אגרות אל-עמארנה 274-273, שנכתבו על-ידי שליטה-אישה – ששמה או כינויה "בעלת הלביאות" – הצביע על בית-שמש כמקום מושבה האפשרי. צלמית ייחודית של אישה המוצגת כשליט-גבר, שנתגלתה בארמון מן המאה ה-14 לפנה"ס שנחשף לאחרונה בתל בית-שמש, מאששת מסקנה זו. המחקר הנוכחי ביקש אפוא לשחזר בעזרת ניתוח ממצאי החפירות בבית-שמש את פניה של עיר-ממלכה כנענית בשפלה בתקופת אל-עמארנה. לצד ניתוח מבני מגורים ותכולתם, שנחשפו בחפירות הישנות בתל בית-שמש, הפיק המחקר מידע ותובנות חדשות מממצאי הארמון מתקופת אל-עמארנה שנתגלה לאחרונה באתר. המחקר הקיף מגוון רחב של נושאים, שנבחנו בשיטות מחקר חדשניות ובעזרת מומחים מתחומים שונים של מדעי הארכיאולוגיה. הארמון נתגלה כשהוא חתום על-ידי מפולות לבנים. פירוק זהיר של המפולות תוך מיפוי תלת-ממדי של כל לבנה אפשר מידול ממוחשב של הנתונים ושיחזור וירטואלי של תוכנית הארמון, מבנה קירותיו ואופני קריסתם בעת חורבנו. עד כה נתגלו בארמון כ-150 כלי חרס ועשרות ממצאים נוספים. מיפוי וניתוח מרחבי של כל הממצאים חשפו שונות תפקודית בין חדרי הארמון. על משק הארמון ואופי החקלאות שהתקיימה בבית-שמש ניתן ללמוד מהניתוח הבוטני של אוסף גדול של צמחי מאכל מוכנים לצריכה, שאוחסנו בקנקני אגירה, סלים ושקים באחד מחדרי הארמון ששימש כמזווה. בדיקת תכולתן של פכיות מיובאות מקפריסין, שנמצאו במזווה ובחדרים סמוכים, העלתה כי הן הכילו שמנים מבושמים ותרכובות רפואיות, ולא אופיום כפי שמקובל היה לחשוב בחמישים השנים האחרונות. היבט נוסף שנחקר הוא מערך הקשרים הבינלאומי של הארמון. התברר כי מקורם של ממצאים שונים שנתגלו בו – שני ספלים מעוטרים שהיוו חלק ממכלול טקסי של כלי שתייה וכנראה גם טופח גדול (סוג של קטנית), שכמות נכבדה ממנו אוחסנה במזווה – הוא בארמונו הנודע של המלך מינוס האגדי בקנוסוס שבכרתים. נראה שהממצאים מכרתים הגיעו לבית-שמש בעקיפין, כמתנה מפרעה אמנחותפ השלישי, שנודע בקשריו עם המרחב האגאי. מחקר מדוקדק של חרפושית, שנמצאה בסמוך למכלול השתייה, העלה כי זו חרפושית הנצחה של אמנחותפ השלישי, שיוצרה באמצע המאה ה-14 לפנה"ס, וכנראה הוענקה אף היא כמתנה מפרעה. התיארוך הנגזר מנוכחותה יחד עם הספלים מקנוסוס הוא בעל חשיבות רבה לכרונולוגיה המוחלטת במרחב האגאי – כלומר כרונולוגיה שאינה מסתפקת בקביעת סדר האירועים אלא מסוגלת לתארכם במדויק. מחקר הארמון מתקופת אל-עמארנה בבית-שמש על ממצאיו הייחודיים שפך אם כן אור חדש לא רק על חשיבות האתר במערך ערי-הממלכה של השפלה, אלא גם על הקשר המיוחד שהתקיים בין העיר ומלכתה ובין אמנחותפ השלישי.