Mozak i leđna moždina čine središnji živčani sustav (CNS) i obično su među prvim dijelovima tijela koji se razvijaju u embriju. U značajnoj fazi ljudskog razvoja, površina embrija se obično savija i zatvara u cijev, što označava početak razvoja središnjeg živčanog sustava. Kao rezultat toga nastaje struktura koja se zove neuropore i koja se obično zatvara nakon četiri tjedna trudnoće. Tada se može razviti nekoliko glavnih vezikula u mozgu. CNS se nastavlja mijenjati tijekom života, budući da živčane stanice zvane neuroni rastu aksone, sinapse i čunjeve rasta kada su stimulirani.
Razvoj središnjeg živčanog sustava počinje kada se embrionalno tkivo iznad strukture zvane notohorda diferencira kao neurološko. Obično se formira utor, a zatim se na svakoj strani razvijaju nabori. Oni se obično zatvaraju u sredini, a zatim uzastopno sa svake strane da tvore neuralnu cijev. Neuralni kanal se nastavlja razvijati i gornji, ili rostralni, dio postaje dijelovi mozga, dok se ostatak trakta obično pretvara u leđnu moždinu.
U naborima neuralnog grebena mnoge stanice postaju živčane strukture zvane ganglije, kao i zaštitna tkiva koja okružuju mozak i leđnu moždinu. Vezikule koje čine opći okvir za određene dijelove mozga obično se formiraju kasnije. To uključuje vezikule prednjeg, srednjeg i stražnjeg mozga. Tri sloja stanica u neuralnoj cijevi također se razvijaju da tvore leđnu moždinu; iz ovog procesa nastaju različite stanice i različite strukture u moždini. Do osmog tjedna trudnoće i razvoja središnjeg živčanog sustava, pupčana vrpca se obično formira zajedno s cijelim vertebralnim kanalom.
Živčane stanice obično žive cijeli životni vijek osobe. Mogu odumrijeti, ali umjesto da budu zamijenjene drugim stanicama, veze između neurona se mogu promijeniti. Razvoj središnjeg živčanog sustava često ovisi o rastu aksona koji se protežu iz stanica. Na proces utječe odgovarajuća količina kalcija u svakoj stanici, dok sinapse na krajevima zrelih aksona obično nastaju kada se aktiviraju proteini neurotropina.
Aksoni rastu i povezuju se s različitim područjima mozga. Neke stanice mogu djelovati kao vodiči duž određenog puta, dok molekule na nekim staničnim površinama mogu odbijati čunjeve rasta struktura aksona. Kemijski sastav pojedinih područja može dovesti do toga da se tamo učvrste aksoni i živci. Pravilan razvoj središnjeg živčanog sustava obično je najvažniji tijekom embrionalne faze, jer može utjecati na nečiju dobrobit tijekom života. Na CNS utječu i stanični procesi koji se događaju u odrasloj dobi, koji često omogućuju mozgu da se prilagodi okolini.