El desarrollo cerebral prenatal comienza en la tercera semana gestacional con la diferenciación de las células madre, que son capaces de producir todas las diferentes células que componen el cerebro (Stiles & Jernigan, 2010). La ubicación de estas células madre en el embrión se conoce como la placa neural. Al final de la tercera semana, dos crestas aparecen a lo largo de la placa neural, primero formando el surco neural y luego el tubo neural. La región abierta en el centro del tubo neural forma los ventrículos cerebrales y el canal espinal. Al final del período embrionario, o la semana ocho, el tubo neural se ha diferenciado aún más en el cerebro anterior, el cerebro medio y el cerebro posterior.
El desarrollo cerebral durante el período fetal implica la producción, migración y diferenciación de neuronas. Desde el período fetal temprano hasta la mitad de la gestación, se han generado la mayoría de los 85 mil millones de neuronas y muchas ya han migrado a sus posiciones cerebrales. La neurogénesis, o la formación de neuronas, se completa en gran medida después de cinco meses de gestación. Una excepción está en el hipocampo, que continúa desarrollando neuronas a lo largo de la vida. Las neuronas que forman el neocórtex, o la capa de células que yacen en la superficie del cerebro, migran a su ubicación de manera ordenada. La migración neural se completa en su mayoría en 29 semanas. Una vez en posición, las neuronas comienzan a producir dendritas y axones que comienzan a formar las redes neuronales responsables del procesamiento de la información. Las regiones del cerebro que contienen los cuerpos celulares se conocen como la Materia gris porque tienen un aspecto gris. Los axones que forman las vías neuronales forman la Materia Blanca porque están cubiertos de mielina, una sustancia grasa de apariencia blanca. La mielina ayuda tanto en el aislamiento como en la eficiencia de la transmisión neural. Aunque la diferenciación celular es completa al nacer, el crecimiento de dendritas, axones y sinapsis continúa durante años.