Prenatální vývoj mozku začíná ve třetím gestační týden s diferenciace kmenových buněk, které jsou schopny produkovat všechny různé buňky, které tvoří mozek (Stiles & Jernigan, 2010). Umístění těchto kmenových buněk v embryu se označuje jako neurální deska. Do konce třetího týdne se podél nervové desky objevují dva hřebeny, které nejprve tvoří neurální drážku a poté neurální trubici. Otevřená oblast ve středu neurální trubice tvoří mozkové komory a páteřní kanál. Na konci embryonálního období, nebo týden osm, neurální trubice se dále člení na přední mozek, střední mozek a zadní mozek.
vývoj mozku během fetálního období zahrnuje produkci neuronů, migraci a diferenciaci. Z počátku fetálního období do midgestation, většina z 85 miliard neuronů, které byly vytvořeny a mnozí se již stěhoval do jejich mozku pozice. Neurogeneze nebo tvorba neuronů je do značné míry dokončena po pěti měsících těhotenství. Jednou výjimkou je hippocampus, který pokračuje ve vývoji neuronů po celý život. Neurony, které tvoří neokortex nebo vrstvu buněk, které leží na povrchu mozku, migrují na své místo řádným způsobem. Neurální migrace je většinou dokončena do 29 týdnů. Jakmile jsou neurony v poloze, začnou produkovat dendrity a axony, které začnou tvořit neuronové sítě odpovědné za zpracování informací. Oblasti mozku, které obsahují buněčná těla, se označují jako šedá hmota, protože vypadají šedě. Axony, které tvoří nervové dráhy, tvoří bílou hmotu, protože jsou pokryty myelinem, mastnou látkou, která má bílý vzhled. Myelin pomáhá jak v izolaci, tak v účinnosti nervového přenosu. Ačkoli diferenciace buněk je při narození úplná, růst dendritů, axonů a synapsí pokračuje roky.