prenatalny rozwój mózgu rozpoczyna się w trzecim tygodniu ciąży z różnicowaniem komórek macierzystych, które są zdolne do wytwarzania wszystkich różnych komórek tworzących mózg (Stiles & Jernigan, 2010). Lokalizacja tych komórek macierzystych w zarodku jest określana jako płytka nerwowa. Pod koniec trzeciego tygodnia pojawiają się dwa grzbiety wzdłuż płytki nerwowej, najpierw tworząc rowek nerwowy, a następnie cewę nerwową. Otwarty obszar w centrum cewy nerwowej tworzy komory mózgu i kanał kręgowy. Pod koniec okresu embrionalnego, czyli w ósmym tygodniu, cewa nerwowa dodatkowo różnicuje się na przedmózgowie, śródmózgowie i tylmózgowie.
rozwój mózgu w okresie płodowym obejmuje produkcję neuronów, migrację i różnicowanie. Od wczesnego okresu płodowego do połowy ciąży większość z 85 miliardów neuronów została wygenerowana, a wiele z nich już migrowało do pozycji mózgu. Neurogeneza, czyli tworzenie neuronów, w dużej mierze kończy się po pięciu miesiącach ciąży. Jednym z wyjątków jest hipokamp, który rozwija neurony przez całe życie. Neurony, które tworzą korę nową lub warstwę komórek leżących na powierzchni mózgu, migrują do swojej lokalizacji w uporządkowany sposób. Migracja neuronalna kończy się przeważnie o 29 tygodni. Gdy neurony na pozycji zaczynają produkować dendryty i aksony, które zaczynają tworzyć sieci neuronowe odpowiedzialne za przetwarzanie informacji. Regiony mózgu, które zawierają ciała komórkowe, są określane jako Materia szara, ponieważ wyglądają na szare. Aksony, które tworzą szlaki neuronowe tworzą białą materię, ponieważ są pokryte mieliną, substancją tłuszczową, która ma biały wygląd. Mielina pomaga zarówno w izolacji, jak i wydajności transmisji neuronowej. Chociaż różnicowanie komórek jest zakończone po urodzeniu, wzrost dendrytów, aksonów i synaps trwa przez lata.