a prenatális agyfejlődés a harmadik terhességi héten kezdődik az őssejtek differenciálódásával, amelyek képesek az agyat alkotó összes különböző sejt előállítására (Stiles & Jernigan, 2010). Ezeknek az őssejteknek az embrióban való elhelyezkedését idegi lemeznek nevezzük. A harmadik hét végére két gerinc jelenik meg az ideglemez mentén, először az ideghornyot, majd az idegcsövet alkotva. A neurális cső közepén lévő nyitott régió képezi az agy kamráit és a gerinccsatornát. Az embrionális időszak végére, vagyis a nyolcadik hétre az idegcső tovább differenciálódott az előagyba, a középagyba és a hátsó agyba.
az agy fejlődése a magzati időszakban magában foglalja az idegsejtek termelését, migrációját és differenciálódását. A korai magzati periódustól a midgestationig a 85 milliárd neuron nagy része keletkezett, és sokan már az agyi pozícióikba vándoroltak. A neurogenezis vagy az idegsejtek kialakulása nagyrészt öt hónapos terhesség után fejeződik be. Az egyik kivétel a hippokampusz, amely az egész életen át folyamatosan fejleszti az idegsejteket. A neocortexet vagy az agy felszínén fekvő sejtréteget alkotó neuronok rendezett módon vándorolnak helyükre. A neurális migráció többnyire 29 héttel fejeződik be. Miután a neuronok a helyükön vannak, dendriteket és axonokat kezdenek termelni, amelyek az információfeldolgozásért felelős neurális hálózatokat alkotják. Az agy azon régióit, amelyek a sejttesteket tartalmazzák, szürkeállománynak nevezik, mert megjelenésük szürke. Az idegpályákat alkotó axonok alkotják a fehér anyagot, mert mielin borítja őket, egy zsíros anyag, amely fehér megjelenésű. A mielin segíti mind az idegi átvitel szigetelését, mind hatékonyságát. Bár a sejtek differenciálódása születéskor teljes, a dendritek, axonok és szinapszisok növekedése évekig folytatódik.