Während der pränatalen Phase entwickeln sich menschliche Embryonen in etwa 38 Wochen von wenigen Zellen zu einem voll ausgebildeten Baby. Das menschliche Gehirn hat während dieser Zeit seine eigene Wachstumszeitlinie, die für gesunde menschliche Föten tendenziell konsistent ist. Die Hauptstadien der pränatalen Gehirnentwicklung finden während der neun Monate der Schwangerschaft statt, einschließlich der Bildung des Neuralrohrs im ersten Monat, des Wachstums der Großhirnrinde im zweiten Monat, der Entwicklung der Sinne im vierten Monat und der Trennung des Kortex in Lappen im sechsten Monat.
Wissenschaftler konnten dank verschiedener Forschungsrichtungen den Zeitplan für die normale pränatale Gehirnentwicklung festlegen. Dazu gehören postmortale Untersuchungen an nicht überlebenden Embryonen und Föten in verschiedenen Entwicklungsstadien des Fötus. Ärzte haben auch Experimente und Sezierungen an Föten von Tieren durchgeführt, die ähnliche Gehirnstrukturen wie Menschen haben, wie zum Beispiel Affen. Schließlich ermöglichen moderne Technologien wie die Bildgebung den Wissenschaftlern, die pränatale Gehirnentwicklung bei Föten zu untersuchen und zu überwachen, während diese sich noch im Mutterleib befinden. Durch all diese Methoden haben Experten die körperliche Entwicklung des Gehirns sowie die emotionale und geistige Entwicklung erfasst.
Die pränatale Entwicklung des Gehirns beginnt im ersten Monat der pränatalen Periode. Während dieser Zeit nehmen alle anderen wichtigen Organe Gestalt an. In der dritten Lebenswoche hat das menschliche Herz zu schlagen begonnen. Ungefähr zu dieser Zeit nimmt die früheste Form eines Gehirns Gestalt an. Diese Struktur wird als Neuralrohr bezeichnet und entwickelt sich schließlich zum Rückenmark und zum Gehirn.
Im zweiten und dritten Monat der Entwicklung beginnen sich die Gesichtszüge des Embryos in eine menschlichere Form zu entwickeln, einschließlich Mund, Nase, Augen, Augenlider und Ohren. Das Neuralrohr beginnt sich zu diesem Zeitpunkt in die Hauptteile des Gehirns zu verwandeln, einschließlich der Großhirnrinde. Entsprechend beginnt der Embryo im dritten Monat der pränatalen Entwicklung Reaktionen und Reflexe zu zeigen. Die Reaktionen des Fötus auf äußere Erfahrungen, wie helles Licht und Geräusche, entwickeln sich bis zum vierten Monat weiter, ebenso wie die Fähigkeit des winzigen Wesens, Gesichtsausdrücke zu machen.
Im fünften Monat der pränatalen Gehirnentwicklung beginnt der Fötus, diese Ausdrücke und Reaktionen tatsächlich zu kontrollieren. Zu diesem Zeitpunkt ist die körperliche Entwicklung so weit, dass sich der Fötus im Mutterleib dehnen und sogar umdrehen kann. Experten glauben, dass die Fähigkeit, bewusst auf Empfindungen zu reagieren, im sechsten Monat noch stärker wird, wenn sich die Großhirnrinde in separate Lappen aufspaltet. Der Fötus kann zu diesem Zeitpunkt sogar die Fähigkeit haben, sich zu erinnern.
Die letzten Stadien der pränatalen Gehirnentwicklung im letzten Trimester führen zu einem Gehirn, das zumindest in seiner Struktur dem eines voll ausgebildeten Menschen fast ähnelt. Im siebten Monat entwickelt das pränatale Gehirn das gefurchte, gekrümmte Aussehen, das mit dem erwachsenen Gehirn verbunden ist, und Myelin entwickelt sich an der Außenseite der Nerven des Gehirns, um sie zu isolieren. Gehirnwellen können erkannt werden. Im achten Monat bilden sich dann die großen Kortizes, wie das auditive und das visuelle, die es dem Fötus ermöglichen, zu verstehen, was er oder sie sieht und hört. Das fötale Gehirn enthält im letzten Monat ungefähr so viele Neuronenzellen wie ein erwachsenes Gehirn, obwohl es bei der Geburt nur ein Viertel der Größe eines Erwachsenen sein wird.