Η ανάπτυξη του νευρικού συστήματος κατευθύνεται από γενετικές πληροφορίες, διατροφή και κυτταρικά και μοριακά σήματα εντός του εμβρύου. Ο εγκέφαλος και ο νωτιαίος μυελός αρχίζουν να σχηματίζονται νωρίς στην κύηση, αν και χρειάζονται χρόνια για να ωριμάσουν. Στους ανθρώπους, οι παράγοντες που επηρεάζουν τη νευρική ανάπτυξη των παιδιών μετά τη γέννηση περιλαμβάνουν τα αισθητήρια όργανα, το περιβάλλον και τον βαθμό στον οποίο προκαλείται πρόκληση ανάπτυξης του εγκεφάλου και του νευρικού συστήματος. Η ανάπτυξη του νευρικού συστήματος στους ενήλικες εξαρτάται από την πλαστικότητα, την ικανότητα του εγκεφάλου να προσαρμόζεται, να μαθαίνει νέα πράγματα και να εκτελεί νέες εργασίες.
Στα έμβρυα, η ανάπτυξη κατευθύνεται από γονίδια που ονομάζονται αυξητικοί παράγοντες, τα οποία λένε στα κύτταρα πότε και πού να αναπτυχθούν. Ένα στρώμα κυττάρων διαχωρίζεται από τον πρωτο-ιστό που ονομάζεται έκτοδερμα. Αυτά γίνονται νευρικά κύτταρα κορυφής που διαφοροποιούνται στον νωτιαίο μυελό και τα περιφερικά νεύρα και τον νευρικό σωλήνα, από τον οποίο σχηματίζεται ο εγκέφαλος. Η νευρική μετανάστευση ακολουθεί καθώς οι νευρώνες τακτοποιούνται σύμφωνα με τα χημικά σήματα στις θέσεις που θα καταλαμβάνουν μόνιμα. Οι αναπτυσσόμενοι άξονες, οι προεξοχές των σωμάτων των νευρικών κυττάρων, έχουν μια ειδική άκρη που ονομάζεται κώνος ανάπτυξης που αναζητά αυτά τα χημικά στοιχεία.
Κατά τη διάρκεια αυτής της πρώιμης περιόδου, οι παράγοντες που επηρεάζουν την ανάπτυξη περιλαμβάνουν τους γενετικούς «διακόπτες» που κατευθύνουν την ανάπτυξη ιστού στο έμβρυο και, σε θηλαστικά συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, τη διατροφή της μητέρας. Πολλές χημικές ουσίες, που ονομάζονται τερατογόνα, μπορούν να βλάψουν τον σχηματισμό του νευρικού συστήματος. Το αλκοόλ, ο καπνός, ορισμένα φυτοφάρμακα, ιοί, ακόμη και υπερβολικές δόσεις λιποδιαλυτών βιταμινών μπορούν να προκαλέσουν γενετικές ανωμαλίες ή εμβρυϊκό ή εμβρυϊκό θάνατο. Η ανάπτυξη του νευρικού συστήματος είναι πιο ευάλωτη σε αυτές τις ουσίες κατά τις πρώτες εβδομάδες της εγκυμοσύνης.
Μετά τη γέννηση, μια σημαντική διαδικασία που ονομάζεται μυελίνη επιταχύνεται για αρκετά χρόνια πριν ολοκληρωθεί στην εφηβεία. Η μυελίνη είναι ένα προστατευτικό περίβλημα γύρω από τα νεύρα που βοηθά στην ηλεκτρική επικοινωνία. Η γνωστική και η αισθητικοκινητική λειτουργία εξαρτώνται από συγκεκριμένες οδούς που μονώνονται από τη μυελίνη. Δεδομένου ότι τα ηλεκτρικά σήματα ταξιδεύουν αργά και ελλιπώς σε ακάλυπτα νεύρα, η μυελίνωση είναι ένας κρίσιμος παράγοντας στην ανάπτυξη του νευρικού συστήματος.
Ένας σημαντικός παράγοντας στη νευρική ανάπτυξη είναι ο σχηματισμός νευρωνικών δικτύων που συνδέουν εκατομμύρια κύτταρα στον εγκέφαλο. Οι νευρώνες λειτουργούν μέσω βρόχων ανάδρασης που τροποποιούνται από την εμπειρία. Πολλές περιοχές του εγκεφαλικού φλοιού είναι εντελώς “καλωδιωμένες” ή δικτυωμένες κατά τη γέννηση και αναπτύσσονται αργότερα. Ένα κλασικό παράδειγμα αυτού συμβαίνει στον οπτικό φλοιό, ο οποίος ενεργοποιείται από το φως και μπορεί να αναπτυχθεί μόνο εάν ένα μικρό παιδί έχει λειτουργικά μάτια. Εάν η όραση έχει μειωθεί κατά τη διάρκεια αυτού του κρίσιμου σταδίου, ο εγκέφαλος μπορεί να παραμείνει ανίκανος να επεξεργαστεί την όραση αργότερα στη ζωή του.
Η ανάπτυξη του νευρικού συστήματος στους ανθρώπους συνδέεται στενά με τη δραστηριότητα μετά τη γέννηση. Ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου που συνδέονται κατά τη διάρκεια της κύησης μπορεί να κλαδεύονται κατά την παιδική ηλικία και νέες μπορεί να συσχετιστούν λόγω εμπειριών όπως η εκμάθηση ομιλίας, περπατήματος ή γραφής. Σε περιπτώσεις εγκεφαλικής βλάβης, η ενεργητική φυσική και γνωστική θεραπεία μπορεί επίσης να αποκαταστήσει εν μέρει τις χαμένες λειτουργίες του κεντρικού νευρικού συστήματος. Λόγω της νευροπλαστικότητας, ένα μέρος του εγκεφάλου μπορεί να αναλάβει τη λειτουργία ενός άλλου κατεστραμμένου μέρους.