Mózg i rdzeń kręgowy tworzą Ośrodkowy Układ Nerwowy (OUN) i są zwykle jednymi z pierwszych części ciała, które rozwijają się w zarodku. Na istotnym etapie rozwoju człowieka, powierzchnia zarodka zazwyczaj fałduje się i zamyka, tworząc rurkę, która wyznacza początek rozwoju ośrodkowego układu nerwowego. W rezultacie powstaje struktura zwana neuroporem, która zwykle zamyka się po czterech tygodniach ciąży. Może wówczas rozwinąć się kilka głównych pęcherzyków w mózgu. OUN jest modyfikowany przez całe życie, ponieważ komórki nerwowe zwane neuronami rozwijają aksony, synapsy i stożki wzrostu, gdy są stymulowane.
Rozwój ośrodkowego układu nerwowego rozpoczyna się, gdy tkanka embrionalna powyżej struktury zwanej struną grzbietową zostaje zróżnicowana jako neurologiczna. Zazwyczaj tworzy się rowek, a następnie z każdej strony rozwijają się fałdy. Zwykle zamykają się one pośrodku, a następnie sekwencyjnie z każdej strony, tworząc cewę nerwową. Kanał nerwowy nadal się rozwija, a górna część, czyli rostralna, staje się częścią mózgu, podczas gdy reszta przewodu zwykle zamienia się w rdzeń kręgowy.
W fałdach grzebienia nerwowego wiele komórek staje się strukturami nerwowymi zwanymi zwojami, a także tkankami ochronnymi otaczającymi mózg i rdzeń kręgowy. Pęcherzyki, które tworzą ogólne ramy dla określonych części mózgu, zwykle tworzą się później. Należą do nich pęcherzyki przodomózgowia, śródmózgowia i tyłomózgowia. Trzy warstwy komórek w cewce nerwowej również rozwijają się, tworząc rdzeń kręgowy; różne komórki i różne struktury w sznurku powstają z tego procesu. Do ósmego tygodnia ciąży i rozwoju ośrodkowego układu nerwowego zwykle tworzy się rdzeń wraz z całym kanałem kręgowym.
Komórki nerwowe zazwyczaj żyją przez całe życie człowieka. Mogą obumrzeć, ale zamiast zostać zastąpione przez inne komórki, połączenia między neuronami mogą się zmienić. Rozwój ośrodkowego układu nerwowego jest często zależny od wzrostu aksonów, które wychodzą z komórek. Na proces ten ma wpływ odpowiednia ilość wapnia w każdej komórce, podczas gdy synapsy na końcach dojrzałych aksonów zwykle tworzą się, gdy wyzwalane są białka neurotropin.
Aksony rosną i łączą się z różnymi obszarami mózgu. Niektóre komórki mogą działać jako prowadnice na określonej ścieżce, podczas gdy cząsteczki na niektórych powierzchniach komórkowych mogą odpychać stożki wzrostu struktur aksonów. Skład chemiczny poszczególnych obszarów może powodować utrwalanie się tam aksonów i nerwów. Prawidłowy rozwój ośrodkowego układu nerwowego jest zazwyczaj najistotniejszy w fazie embrionalnej, ponieważ może wpływać na czyjeś samopoczucie przez całe życie. Na OUN wpływają również procesy komórkowe zachodzące w wieku dorosłym, które często umożliwiają mózgowi przystosowanie się do środowiska.