Creșterea axonilor și factorii care o afectează joacă un rol semnificativ în determinarea circuitelor creierului. Gradienții și concentrațiile moleculare, precum și modelele de ardere, ajută la determinarea direcției creșterii axonale și unde axonul își formează sinapsele. Un efort semnificativ în curs de desfășurare în cadrul comunității științifice are ca scop catalogarea și crearea unei imagini de ansamblu cuprinzătoare a tuturor factorilor care determină creșterea axonilor. Procesul de creștere a axonilor și formarea asociată a sinapselor controlează celulele din creier care comunică direct între ele și modul în care este procesată informația.
Semaforinele și plexinele sunt clase de molecule exprimate în creier. Ele pot fi exprimate fie ca liganzi pe suprafața celulelor, fie ca molecule libere, eliberate, formând gradienți de densitate moleculară în creier. La anumite concentrații au capacitatea de a atrage axonii anumitor tipuri de celule pentru a crește spre ei, iar la alte concentrații au capacitatea de a acționa ca substanțe respingătoare. Acest lucru le permite să funcționeze ca ghiduri în timpul fazelor de creștere a axonilor, dar pentru a evita pur și simplu tragerea tuturor axonilor locali pentru a crește spre celulă eliberând moleculele de ghidare moleculară.
Există și alte asocieri de creștere a axonilor exprimate în adagiu, „celulele care ard împreună se strâng împreună”. Adică, celulele din anumite tipuri de clasă sau celulele care procesează o anumită clasă de informații vor avea o probabilitate determinată de a forma sinapse cu alte celule în motive de circuite neuronale. Acest fenomen creează modele de circuite repetate în creier, pe care oamenii de știință le pot folosi pentru a ajuta la înțelegerea modului în care creierul procesează informațiile.
Foarte devreme în dezvoltarea celulară, un neuron are multe neurite nediferențiate. Aceste procese somatice celulare rămân nedeterminate până când apar anumite circumstanțe, cum ar fi contactul cu alte celule din apropiere sau expunerea la anumite molecule sau factori de creștere care provoacă diferențierea, unde o neurită devine un axon, iar neuritele rămase pe soma celulei se dezvoltă ca dendrite. Când se întâmplă acest lucru, neurita care devine axon începe să se alungească și să dezvolte caracteristici asemănătoare axonului. Aceste caracteristici vor include lipsa spinilor dendritici, un aspect mai subțire decât celelalte neurite și arborizări terminale comune.
În timpul dezvoltării creierului, axonii au, de asemenea, tendința de a crește în direcții care sunt ulterior tăiate pe măsură ce organismul se maturizează. Aceasta este considerată o revenire evolutivă, deoarece aceste intrări au fost odată folosite, dar nu mai sunt, în același mod în care un făt uman își dezvoltă o coadă, dar această caracteristică dispare curând. Deși ar putea părea redundant ca creșterea axonilor să se dezvolte doar pentru a fi tăiată în mod constant înapoi, trebuie să luăm în considerare mulți factori care au determinat modul în care s-a format circuitele neuronale. O mică redundanță aparentă în dezvoltare ar putea avea propriile sale utilizări care sunt în prezent dincolo de înțelegerea științifică.