Ο εγκέφαλος και ο νωτιαίος μυελός αποτελούν το Κεντρικό Νευρικό Σύστημα (ΚΝΣ) και είναι συνήθως από τα πρώτα μέρη του σώματος που αναπτύσσονται σε ένα έμβρυο. Σε ένα σημαντικό στάδιο της ανθρώπινης ανάπτυξης, η επιφάνεια ενός εμβρύου τυπικά διπλώνεται και κλείνει για να σχηματίσει έναν σωλήνα, ο οποίος σηματοδοτεί την αρχή της ανάπτυξης του κεντρικού νευρικού συστήματος. Υπάρχει μια δομή που ονομάζεται νευροπόρος που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα και η οποία συνήθως κλείνει μετά από τέσσερις εβδομάδες κύησης. Στη συνέχεια μπορούν να αναπτυχθούν αρκετά κύρια κυστίδια του εγκεφάλου. Το ΚΝΣ συνεχίζει να τροποποιείται καθ ‘όλη τη διάρκεια της ζωής του, καθώς τα νευρικά κύτταρα που ονομάζονται νευρώνες αναπτύσσονται νευράξονες, συνάψεις και κώνοι ανάπτυξης όταν διεγείρονται.
Η ανάπτυξη του κεντρικού νευρικού συστήματος ξεκινά όταν ο εμβρυϊκός ιστός πάνω από μια δομή που ονομάζεται notochord διαφοροποιείται ως νευρολογικός. Συνήθως σχηματίζεται μια αυλάκωση και στη συνέχεια αναδιπλώνεται σε κάθε πλευρά. Αυτά κανονικά κλείνουν στη μέση και στη συνέχεια διαδοχικά σε κάθε πλευρά για να σχηματίσουν έναν νευρικό σωλήνα. Ο νευρικός σωλήνας συνεχίζει να αναπτύσσεται και το πάνω μέρος, ή το σπονδυλικό τμήμα, γίνεται τμήματα του εγκεφάλου, ενώ το υπόλοιπο τμήμα της οδού συνήθως μετατρέπεται σε νωτιαίο μυελό.
Στις πτυχώσεις της νευρικής κορυφής, πολλά κύτταρα γίνονται νευρικές δομές που ονομάζονται γάγγλια, καθώς και προστατευτικοί ιστοί που περιβάλλουν τον εγκέφαλο και το νωτιαίο μυελό. Τα κυστίδια που αποτελούν το γενικό πλαίσιο για συγκεκριμένα μέρη του εγκεφάλου συνήθως σχηματίζονται μετά. Αυτά περιλαμβάνουν τον μπροστινό, τον μεσαίο και τον οπίσθιο εγκέφαλο. Τα τρία στρώματα κυττάρων στον νευρικό σωλήνα αναπτύσσονται επίσης για να σχηματίσουν τον νωτιαίο μυελό. διαφορετικά κύτταρα και διαφορετικές δομές στο κορδόνι σχηματίζονται από αυτή τη διαδικασία. Στις οκτώ εβδομάδες της εγκυμοσύνης και της ανάπτυξης του κεντρικού νευρικού συστήματος, ο λώρος σχηματίζεται συνήθως μαζί με ολόκληρο το σπονδυλικό κανάλι.
Τα νευρικά κύτταρα συνήθως ζουν για όλη τη ζωή ενός ατόμου. Μπορούν να πεθάνουν αλλά αντί να αντικατασταθούν από άλλα κύτταρα, οι συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων μπορούν να αλλάξουν. Η ανάπτυξη του κεντρικού νευρικού συστήματος εξαρτάται συχνά από την ανάπτυξη νευραξόνων, οι οποίοι εκτείνονται από τα κύτταρα. Η διαδικασία επηρεάζεται από την κατάλληλη ποσότητα ασβεστίου σε κάθε κύτταρο, ενώ οι συνάψεις στα άκρα των ώριμων αξόνων συνήθως σχηματίζονται όταν ενεργοποιούνται οι πρωτεΐνες νευροτροπίνης.
Οι άξονες αναπτύσσονται και συνδέονται με διάφορες περιοχές του εγκεφάλου. Ορισμένα κύτταρα μπορούν να λειτουργήσουν ως οδηγοί κατά μήκος μιας συγκεκριμένης διαδρομής, ενώ μόρια σε ορισμένες κυτταρικές επιφάνειες μπορούν να απωθήσουν τους κώνους ανάπτυξης των δομών αξόνων. Η χημική σύνθεση συγκεκριμένων περιοχών μπορεί να προκαλέσει την εξασφάλιση αξόνων και νεύρων εκεί. Η σωστή ανάπτυξη του κεντρικού νευρικού συστήματος είναι τυπικά πιο σημαντική κατά τη διάρκεια του εμβρυϊκού σταδίου, επειδή μπορεί να επηρεάσει την ευημερία κάποιου καθ ‘όλη τη διάρκεια της ζωής του. Το ΚΝΣ επηρεάζεται επίσης από κυτταρικές διαδικασίες που συμβαίνουν στην ενήλικη ζωή, οι οποίες συχνά επιτρέπουν στον εγκέφαλο να προσαρμοστεί στο περιβάλλον.