神経細胞の発生
出生前2週間目に、急速に成長する胚盤胞（受精卵が分裂してできる細胞の束）が平らになり、胚盤と呼ばれるものが形成されます。 胚円盤はやがて、外胚葉（外層）、中胚葉（中層）、内胚葉（内層）の3層になる。 中胚葉の中には、一時的な背骨の役割を果たす軸索であるノトコードが成長する。 中胚葉とノトコルドは共に、隣接する未分化の外胚葉細胞に、体の背側正中線に沿って厚くなるよう指示する化学物質を放出し、神経板を形成する。 神経板は、神経上皮細胞として知られる神経前駆細胞からなり、これが神経管へと発達する（後述の形態発生を参照）。 神経上皮細胞はその後、分裂を始め、多様化し、未熟な神経細胞と神経膠を生み出し、これらは神経管から最終的な場所に移動する。 各ニューロンは樹状突起と軸索を形成し、軸索は伸長して分岐し、その末端は選択された標的ニューロンまたは筋線維とシナプス結合を形成する。
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この初期の発達における驚くべき出来事には、何十億ものニューロンの秩序立った移動、その軸索（その多くは脳全体に広く伸びています）の成長、個々の軸索とその標的ニューロン間の何千ものシナプスの形成が含まれます。 ニューロンの移動と成長は、少なくとも部分的には、化学的および物理的な影響に依存している。 成長する軸索の先端（成長円錐と呼ばれる）は、明らかにさまざまな分子シグナルを認識して反応し、軸索や神経枝を適切な標的へと導き、不適切な標的とシナプス結合しようとする軸索を排除しているのである。 シナプス結合が確立されると、標的細胞は、シナプス結合する神経細胞の生存に不可欠な栄養因子（神経成長因子など）を放出する。
発達中の神経系のいくつかの領域では、シナプス結合は最初は正確でも安定でもなく、後に多くの細胞やシナプスが除去されるなど秩序だった再編成が行われる。 シナプス結合の不安定さは、いわゆる臨界期に達するまで続き、それ以前は、環境の影響がニューロンの適切な分化と多くのシナプス結合の微調整に重要な役割を担っている。 臨界期を過ぎると、シナプス結合は安定し、環境の影響によって変化することはほとんどない。 このことから、ある種のスキルや感覚活動は、発達中（生後間も含む）に影響を受けることができ、ある種の知的スキルについては、この適応性が成人期や晩年期まで続くと推定される
。