Razvoj živčanog sustava vođen je genetskim informacijama, prehranom te staničnim i molekularnim signalima unutar embrija. Mozak i leđna moždina počinju se formirati rano u trudnoći, iako su potrebne godine da sazriju. Kod ljudi, čimbenici koji utječu na dječji neuralni razvoj nakon rođenja uključuju osjetilne organe, okolinu i stupanj u kojem su mozak i živčani sustav izloženi izazovu rasta. Razvoj živčanog sustava kod odraslih ovisi o plastičnosti, sposobnosti mozga da se prilagodi, nauči nove stvari i izvrši nove zadatke.
Kod embrija razvoj usmjeravaju geni zvani faktori rasta, koji stanicama govore kada i gdje da rastu. Sloj stanica odvojen od proto-tkiva nazvan ektoderm. One postaju stanice neuralnog grebena koje se diferenciraju u leđnu moždinu i periferne živce te neuralnu cijev iz koje se formira mozak. Neuralna migracija slijedi dok se neuroni raspoređuju prema kemijskim signalima na mjestima koja će trajno zauzimati. Rastući aksoni, projekcije tijela živčanih stanica, imaju poseban vrh koji se zove konus rasta koji traži te kemijske znakove.
Tijekom ovog ranog razdoblja, čimbenici koji utječu na razvoj uključuju genetske “prekidače” koji usmjeravaju rast tkiva u embriju i, kod sisavaca uključujući ljude, majčinu prehranu. Mnoge kemikalije, zvane terageni, mogu poremetiti formiranje živčanog sustava. Alkohol, duhan, neki pesticidi, virusi, pa čak i predoziranja vitamina topivih u lipidima mogu uzrokovati urođene defekte ili embrionalnu ili fetalnu smrt. Razvoj živčanog sustava najosjetljiviji je na te tvari tijekom ranih tjedana trudnoće.
Nakon rođenja, važan proces nazvan mijelinizacija ubrzava se nekoliko godina prije nego što se završi u adolescenciji. Mijelin je zaštitna ovojnica oko živaca koja pomaže u električnoj komunikaciji. Kognitivna i senzomotorna funkcija ovise o specifičnim putevima izoliranim mijelinom. Budući da električni signali putuju sporo i nepotpuno u nepokrivenim živcima, mijelinizacija je ključni čimbenik u razvoju živčanog sustava.
Važan čimbenik u neuronskom razvoju je formiranje neuronskih mreža koje povezuju milijune stanica u mozgu. Neuroni funkcioniraju kroz povratne petlje modificirane iskustvom. Mnoge regije moždane kore su nepotpuno “ožičene” ili umrežene pri rođenju i kasnije se razvijaju. Klasičan primjer toga događa se u vizualnom korteksu koji se aktivira svjetlom i može se razviti samo ako malo dijete ima funkcionalne oči. Ako je vid oslabljen tijekom ove kritične faze, mozak može ostati nesposoban za obradu vida kasnije u životu.
Razvoj živčanog sustava kod ljudi snažno je povezan s aktivnošću nakon rođenja. Neke regije mozga povezane tijekom trudnoće mogu se orezati tijekom djetinjstva, a nove mogu postati povezane zbog iskustava poput učenja govora, hodanja ili pisanja. U slučajevima ozljede mozga, aktivna fizikalna i kognitivna terapija također može djelomično vratiti izgubljene funkcije središnjeg živčanog sustava. Zbog neuroplastičnosti jedan dio mozga može preuzeti funkciju drugog oštećenog dijela.