Gehirn und Rückenmark bilden das zentrale Nervensystem (ZNS) und gehören normalerweise zu den ersten Körperteilen, die sich in einem Embryo entwickeln. In einem bedeutenden Stadium der menschlichen Entwicklung faltet sich die Oberfläche eines Embryos typischerweise und schließt sich, um eine Röhre zu bilden, die den Beginn der Entwicklung des zentralen Nervensystems markiert. Dadurch entsteht eine Struktur, die als Neuropore bezeichnet wird und die sich normalerweise nach vier Wochen der Schwangerschaft verschließt. Es können sich dann mehrere Hauptvesikel des Gehirns entwickeln. Das ZNS wird während des gesamten Lebens weiter modifiziert, da Nervenzellen, die Neuronen genannt werden, bei Stimulation Axone, Synapsen und Wachstumskegel wachsen lassen.
Die Entwicklung des Zentralnervensystems beginnt, wenn embryonales Gewebe über einer als Chorda bezeichneten Struktur als neurologisch differenziert wird. Typischerweise bildet sich eine Rille und dann entwickeln sich auf jeder Seite Falten. Diese schließen sich normalerweise in der Mitte und dann nacheinander auf jeder Seite zu einem Neuralrohr ab. Der Neuralkanal entwickelt sich weiter und der obere oder rostrale Teil wird zu Teilen des Gehirns, während der Rest des Trakts normalerweise zum Rückenmark wird.
In den Neuralleistenfalten werden viele Zellen zu Nervenstrukturen, die Ganglien genannt werden, sowie zu schützenden Geweben, die das Gehirn und das Rückenmark umgeben. Die Vesikel, die das allgemeine Gerüst für bestimmte Teile des Gehirns bilden, bilden sich normalerweise danach. Dazu gehören die Bläschen des Vorderhirns, des Mittelhirns und des Hinterhirns. Die drei Zellschichten im Neuralrohr entwickeln sich auch zum Rückenmark; Aus diesem Prozess entstehen unterschiedliche Zellen und unterschiedliche Strukturen im Rückenmark. Nach acht Schwangerschaftswochen und der Entwicklung des zentralen Nervensystems wird die Nabelschnur normalerweise zusammen mit dem gesamten Wirbelkanal gebildet.
Nervenzellen leben normalerweise ein Leben lang. Sie können absterben, aber anstatt durch andere Zellen ersetzt zu werden, können sich die Verbindungen zwischen Neuronen ändern. Die Entwicklung des Zentralnervensystems hängt oft vom Wachstum von Axonen ab, die von den Zellen ausgehen. Der Prozess wird durch die entsprechende Menge an Kalzium in jeder Zelle beeinflusst, während sich Synapsen an den Enden reifer Axone normalerweise bilden, wenn Neurotropinproteine getriggert werden.
Axone wachsen und verbinden sich mit verschiedenen Bereichen des Gehirns. Einige Zellen können als Wegweiser auf einem bestimmten Weg fungieren, während Moleküle auf einigen Zelloberflächen die Wachstumskegel von Axonstrukturen abstoßen können. Durch die chemische Zusammensetzung bestimmter Areale können dort Axone und Nerven gesichert werden. Die richtige Entwicklung des zentralen Nervensystems ist typischerweise während der embryonalen Phase am entscheidendsten, da sie das Wohlbefinden eines Menschen während des gesamten Lebens beeinträchtigen kann. Das ZNS wird auch von zellulären Prozessen beeinflusst, die bis ins Erwachsenenalter hinein ablaufen und die es dem Gehirn oft ermöglichen, sich an die Umgebung anzupassen.