Die pränatale Gehirnentwicklung beginnt in der dritten Schwangerschaftswoche mit der Differenzierung von Stammzellen, die in der Lage sind, alle verschiedenen Zellen des Gehirns zu produzieren (Stiles & Jernigan, 2010). Die Lage dieser Stammzellen im Embryo wird als Neuralplatte bezeichnet. Am Ende der dritten Woche erscheinen zwei Grate entlang der Neuralplatte, die zuerst die Neuralrille und dann das Neuralrohr bilden. Die offene Region in der Mitte des Neuralrohrs bildet die Ventrikel und den Spinalkanal des Gehirns. Am Ende der Embryonalperiode oder der achten Woche hat sich das Neuralrohr weiter in Vorderhirn, Mittelhirn und Hinterhirn differenziert.
Die Entwicklung des Gehirns während der fetalen Periode beinhaltet die Produktion, Migration und Differenzierung von Neuronen. Von der frühen fetalen Periode bis zur Midgestation wurden die meisten der 85 Milliarden Neuronen erzeugt und viele sind bereits in ihre Gehirnpositionen gewandert. Die Neurogenese oder die Bildung von Neuronen ist nach fünf Monaten Schwangerschaft weitgehend abgeschlossen. Eine Ausnahme bildet der Hippocampus, der lebenslang Neuronen entwickelt. Neuronen, die den Neokortex bilden, oder die Zellschicht, die auf der Oberfläche des Gehirns liegt, wandern auf geordnete Weise an ihren Ort. Die neuronale Migration ist meist nach 29 Wochen abgeschlossen. Sobald die Neuronen in Position sind, beginnen sie, Dendriten und Axone zu produzieren, die die neuronalen Netze bilden, die für die Informationsverarbeitung verantwortlich sind. Regionen des Gehirns, die die Zellkörper enthalten, werden als Graue Substanz bezeichnet, da sie grau aussehen. Die Axone, die die Nervenbahnen bilden, bilden die Weiße Substanz, da sie mit Myelin bedeckt sind, einer fetthaltigen Substanz, die weiß aussieht. Myelin hilft sowohl bei der Isolierung als auch bei der Effizienz der neuronalen Übertragung. Obwohl die Zelldifferenzierung bei der Geburt abgeschlossen ist, setzt sich das Wachstum von Dendriten, Axonen und Synapsen über Jahre fort.