Lo sviluppo cerebrale prenatale inizia nella terza settimana gestazionale con la differenziazione delle cellule staminali, che sono in grado di produrre tutte le diverse cellule che compongono il cervello (Stiles & Jernigan, 2010). La posizione di queste cellule staminali nell’embrione è indicata come piastra neurale. Entro la fine della terza settimana, due creste appaiono lungo la piastra neurale formando prima il solco neurale e poi il tubo neurale. La regione aperta al centro del tubo neurale forma i ventricoli del cervello e il canale spinale. Entro la fine del periodo embrionale, o settimana otto, il tubo neurale si è ulteriormente differenziato nel proencefalo, mesencefalo e hindbrain.
Lo sviluppo del cervello durante il periodo fetale coinvolge la produzione, la migrazione e la differenziazione dei neuroni. Dal primo periodo fetale fino a midgestation, la maggior parte degli 85 miliardi di neuroni sono stati generati e molti hanno già migrato alle loro posizioni cerebrali. La neurogenesi, o la formazione di neuroni, è in gran parte completata dopo cinque mesi di gestazione. Un’eccezione è nell’ippocampo, che continua a sviluppare neuroni per tutta la vita. I neuroni che formano la neocorteccia, o lo strato di cellule che si trovano sulla superficie del cervello, migrano verso la loro posizione in modo ordinato. La migrazione neurale è per lo più completata da 29 settimane. Una volta in posizione neuroni iniziano a produrre dendriti e assoni che iniziano a formare le reti neurali responsabili per l’elaborazione delle informazioni. Le regioni del cervello che contengono i corpi cellulari sono indicate come la materia grigia perché sembrano grigie in apparenza. Gli assoni che formano le vie neurali costituiscono la sostanza bianca perché sono coperti di mielina, una sostanza grassa che è bianca in apparenza. La mielina aiuta sia nell’isolamento che nell’efficienza della trasmissione neurale. Sebbene la differenziazione cellulare sia completa alla nascita, la crescita di dendriti, assoni e sinapsi continua per anni.