Prenatal hjärnutveckling börjar under den tredje graviditetsveckan med differentiering av stamceller, som kan producera alla olika celler som utgör hjärnan (Stiles & Jernigan, 2010). Placeringen av dessa stamceller i embryot kallas neuralplattan. Vid slutet av den tredje veckan visas två åsar längs nervplattan som först bildar nervspåret och sedan neuralröret. Den öppna regionen i mitten av neuralröret bildar hjärnans ventriklar och ryggradskanalen. Vid slutet av den embryonala perioden, eller vecka åtta, har neuralröret ytterligare differentierats till framhjärnan, mellanhjärnan och bakhjärnan.
hjärnutveckling under fosterperioden involverar neuronproduktion, migration och differentiering. Från den tidiga fosterperioden till midgestation har de flesta av de 85 miljarder neuronerna genererats och många har redan migrerat till sina hjärnpositioner. Neurogenes, eller bildandet av neuroner, avslutas till stor del efter fem månaders graviditet. Ett undantag är i hippocampus, som fortsätter att utveckla neuroner under hela livet. Neuroner som bildar neocortex, eller skiktet av celler som ligger på hjärnans yta, migrerar till sin plats på ett ordnat sätt. Neural migration är mestadels avslutad med 29 veckor. En gång i position börjar neuroner producera dendriter och axoner som börjar bilda neurala nätverk som är ansvariga för informationsbehandling. Regioner i hjärnan som innehåller cellkropparna kallas grå materia eftersom de ser grå ut. Axonerna som bildar neurala vägar utgör den vita substansen eftersom de är täckta i myelin, en fet substans som är vit i utseende. Myelinhjälpmedel i både isolering och effektivitet av neural överföring. Även om celldifferentiering är fullständig vid födseln fortsätter tillväxten av dendriter, axoner och synapser i flera år.