Wzrost aksonów i czynniki, które na niego wpływają, odgrywają znaczącą rolę w określaniu obwodów mózgu. Gradienty i stężenia cząsteczek, a także wzorce wypalania, pomagają określić kierunek wzrostu aksonów i miejsce, w którym akson tworzy swoje synapsy. W środowisku naukowym podejmowane są znaczne wysiłki na rzecz skatalogowania i stworzenia kompleksowego przeglądu wszystkich czynników determinujących wzrost aksonów. Proces wzrostu aksonów i związane z nim tworzenie synaps kontrolują, które komórki w mózgu komunikują się bezpośrednio ze sobą i jak przetwarzane są informacje.
Semaforyny i pleksyny to klasy cząsteczek ulegających ekspresji w mózgu. Mogą być wyrażane jako ligandy na powierzchni komórek lub jako swobodnie unoszące się, uwolnione cząsteczki, tworząc gradienty gęstości cząsteczkowej w mózgu. W pewnych stężeniach mają zdolność przyciągania do siebie aksonów określonych typów komórek, a w innych stężeniach mają zdolność działania jako repelenty. To pozwala im działać jako przewodniki podczas faz wzrostu aksonów, ale uniknąć prostego przyciągania wszystkich lokalnych aksonów do wzrostu w kierunku komórki, uwalniając cząsteczki przewodnictwa molekularnego.
Istnieją jeszcze inne powiązania wzrostu aksonów wyrażone w powiedzeniu: „komórki, które strzelają razem, łączą się ze sobą”. Innymi słowy, komórki określonego typu lub komórki przetwarzające określoną klasę informacji będą miały określone prawdopodobieństwo tworzenia synaps z innymi komórkami w motywach obwodów neuronalnych. Zjawisko to tworzy powtarzające się wzorce obwodów w mózgu, które naukowcy mogą wykorzystać do zrozumienia, w jaki sposób mózg przetwarza informacje.
Na bardzo wczesnym etapie rozwoju komórkowego neuron ma wiele niezróżnicowanych neurytów. Te komórkowe procesy somatyczne pozostają nieokreślone, dopóki nie wystąpią pewne okoliczności, takie jak kontakt z innymi pobliskimi komórkami lub ekspozycja na pewne cząsteczki lub czynniki wzrostu, które powodują różnicowanie, gdzie jeden neuryt staje się aksonem, a pozostałe neuryty na somie komórki rozwijają się jako dendryty. Kiedy tak się dzieje, neuryt, który staje się aksonem, zaczyna się wydłużać i rozwijać cechy podobne do aksonów. Te cechy będą obejmować brak kolców dendrytycznych, cieńszy wygląd niż inne neuryty i wspólne końcowe arboryzacje.
Podczas rozwoju mózgu aksony mają również tendencję do wzrostu w kierunkach, które są później usuwane w miarę dojrzewania organizmu. Jest to uważane za ewolucyjny powrót, ponieważ te dane wejściowe mogły być kiedyś używane, ale już nie są, podobnie jak ludzki płód rozwija ogon, ale ta cecha wkrótce zanika. Chociaż może wydawać się zbędne, aby wzrost aksonów rozwijał się tylko po to, aby był konsekwentnie przycinany, należy wziąć pod uwagę wiele czynników, które determinowały sposób uformowania się obwodów neuronalnych. Odrobina pozornej redundancji w rozwoju może mieć swoje własne zastosowania, które obecnie wykraczają poza naukowe zrozumienie.