Κατά την προγεννητική περίοδο, τα ανθρώπινα έμβρυα πηγαίνουν από λίγα κύτταρα σε ένα πλήρως σχηματισμένο μωρό σε περίπου 38 εβδομάδες. Ο ανθρώπινος εγκέφαλος έχει το δικό του χρονοδιάγραμμα ανάπτυξης κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου και τείνει να είναι συνεπές για τα υγιή ανθρώπινα έμβρυα. Τα κύρια στάδια της προγεννητικής ανάπτυξης του εγκεφάλου συμβαίνουν κατά τη διάρκεια των εννέα μηνών της εγκυμοσύνης, συμπεριλαμβανομένης της δημιουργίας του νευρικού σωλήνα τον πρώτο μήνα, της ανάπτυξης του εγκεφαλικού φλοιού τον δεύτερο μήνα, της ανάπτυξης των αισθήσεων τον τέταρτο μήνα και του χωρισμού. του φλοιού σε λοβούς τον έκτο μήνα.
Οι επιστήμονες μπόρεσαν να βρουν το χρονοδιάγραμμα για την κανονική προγεννητική ανάπτυξη του εγκεφάλου χάρη σε διάφορους τρόπους έρευνας. Αυτές περιλαμβάνουν μεταθανάτιες έρευνες σε έμβρυα και έμβρυα που δεν επιβίωσαν σε διάφορα στάδια εμβρυϊκής ανάπτυξης. Οι γιατροί έχουν επίσης πραγματοποιήσει πειράματα και ανατομές σε έμβρυα ζώων που έχουν παρόμοιες εγκεφαλικές δομές με τους ανθρώπους, όπως οι μαϊμούδες. Τέλος, οι σύγχρονες τεχνολογίες, όπως η απεικόνιση, επιτρέπουν στους επιστήμονες να εξετάζουν και να παρακολουθούν την προγεννητική ανάπτυξη του εγκεφάλου στα έμβρυα ενώ βρίσκονται ακόμη στη μήτρα της μητέρας τους. Μέσω όλων αυτών των μεθόδων, οι ειδικοί έχουν χαρτογραφήσει τη φυσική ανάπτυξη του εγκεφάλου καθώς και τη συναισθηματική και νοητική ανάπτυξη.
Η προγεννητική ανάπτυξη του εγκεφάλου αρχίζει τον πρώτο κιόλας μήνα της προγεννητικής περιόδου. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, όλα τα άλλα σημαντικά όργανα διαμορφώνονται. Την τρίτη εβδομάδα της ζωής της, η ανθρώπινη καρδιά έχει αρχίσει να χτυπά. Είναι περίπου αυτή τη στιγμή που διαμορφώνεται η πιο πρώιμη μορφή εγκεφάλου. Ονομάζεται νευρικός σωλήνας, αυτή η δομή τελικά εξελίσσεται στον νωτιαίο μυελό και στον εγκέφαλο.
Κατά τον δεύτερο και τρίτο μήνα ανάπτυξης, τα χαρακτηριστικά του προσώπου του εμβρύου αρχίζουν να εξελίσσονται σε μια πιο ανθρώπινη μορφή, όπως το στόμα, η μύτη, τα μάτια, τα βλέφαρα και τα αυτιά. Ο νευρικός σωλήνας αυτή τη στιγμή αρχίζει να μεταμορφώνεται σε αυτό που θα γίνει τα κύρια μέρη του εγκεφάλου, συμπεριλαμβανομένου του εγκεφαλικού φλοιού. Αντίστοιχα, από τον τρίτο μήνα της προγεννητικής ανάπτυξης, το έμβρυο αρχίζει να εμφανίζει αντιδράσεις και αντανακλαστικά. Οι αντιδράσεις του εμβρύου σε εξωτερικές εμπειρίες, όπως τα έντονα φώτα και οι θόρυβοι, συνεχίζουν να αναπτύσσονται στον τέταρτο μήνα, όπως και η ικανότητα του μικροσκοπικού όντος να κάνει εκφράσεις του προσώπου.
Ο πέμπτος μήνας της προγεννητικής ανάπτυξης του εγκεφάλου αρχίζει να βλέπει το έμβρυο να ελέγχει πραγματικά αυτές τις εκφράσεις και αντιδράσεις. Σε αυτό το σημείο, η σωματική ανάπτυξη είναι τέτοια που το έμβρυο μπορεί να τεντωθεί και ακόμη και να αναποδογυρίσει στη μήτρα. Οι ειδικοί πιστεύουν ότι η ικανότητα συνειδητής αντίδρασης στις αισθήσεις γίνεται ακόμα πιο ισχυρή κατά τον έκτο μήνα, όταν ο εγκεφαλικός φλοιός χωρίζεται σε ξεχωριστούς λοβούς. Το έμβρυο σε αυτό το σημείο μπορεί να έχει ακόμη και την ικανότητα να θυμάται.
Τα τελευταία στάδια της προγεννητικής ανάπτυξης του εγκεφάλου στο τελευταίο τρίμηνο οδηγούν σε έναν εγκέφαλο που γίνεται σχεδόν παρόμοιος με έναν πλήρως διαμορφωμένο ανθρώπινο εγκέφαλο, τουλάχιστον στη δομή. Μέχρι τον έβδομο μήνα, ο προγεννητικός εγκέφαλος αναπτύσσει την αυλακωτή, κυρτή όψη που σχετίζεται με τον εγκέφαλο των ενηλίκων και η μυελίνη αναπτύσσεται στο εξωτερικό των νεύρων από τον εγκέφαλο για να τα μονώσει. Τα εγκεφαλικά κύματα μπορούν να ανιχνευθούν. Στη συνέχεια, τον όγδοο μήνα, σχηματίζονται οι κύριοι φλοιοί, όπως ο ακουστικός και ο οπτικός, επιτρέποντας στο έμβρυο να κατανοήσει αυτό που βλέπει και ακούει. Ο εμβρυϊκός εγκέφαλος περιέχει περίπου τόσα νευρωνικά κύτταρα όσα ένας ενήλικος εγκέφαλος μέχρι τον τελευταίο μήνα, αν και θα είναι μόνο το ένα τέταρτο του μεγέθους ενός ενήλικα κατά τη γέννηση.