Razvoj živčnega sistema usmerjajo genetske informacije, prehrana ter celični in molekularni signali v zarodku. Možgani in hrbtenjača se začnejo tvoriti zgodaj v nosečnosti, čeprav trajajo leta, da zorijo. Pri ljudeh dejavniki, ki vplivajo na živčni razvoj otrok po rojstvu, vključujejo čutne organe, okolje in obseg, do katerega so možgani in živčni sistem izpostavljeni izzivu rasti. Razvoj živčnega sistema pri odraslih je odvisen od plastičnosti, sposobnosti možganov za prilagajanje, učenje novih stvari in izvajanje novih nalog.
Pri zarodkih razvoj usmerjajo geni, imenovani rastni faktorji, ki celicam povedo, kdaj in kje naj rastejo. Plast celic, ločena od prototkiva, imenovana ektoderma. Te postanejo celice nevralnega grebena, ki se diferencirajo v hrbtenjačo in periferne živce ter nevralno cev, iz katere nastanejo možgani. Sledi nevronska migracija, ko se nevroni razporedijo glede na kemične signale na lokacijah, ki jih bodo trajno zasedli. Rastoči aksoni, projekcije teles živčnih celic, imajo posebno konico, imenovano rastni stožec, ki išče te kemične znake.
V tem zgodnjem obdobju dejavniki, ki vplivajo na razvoj, vključujejo genetska “stikala”, ki usmerjajo rast tkiva v zarodku in pri sesalcih, vključno z ljudmi, materino prehrano. Številne kemikalije, imenovane terageni, lahko škodujejo tvorbi živčnega sistema. Alkohol, tobak, nekateri pesticidi, virusi in celo preveliki odmerki vitaminov, topnih v lipidih, lahko povzročijo prirojene okvare ali smrt zarodka ali ploda. Razvoj živčnega sistema je za te snovi najbolj občutljiv v zgodnjih tednih nosečnosti.
Po rojstvu se pomemben proces, imenovan mielinizacija, pospešuje za nekaj let, preden se zaključi v adolescenci. Mielin je zaščitna ovojnica okoli živcev, ki pomaga pri električni komunikaciji. Kognitivna in senzomotorična funkcija sta odvisni od specifičnih poti, izoliranih z mielinom. Ker električni signali potujejo počasi in nepopolno v nepokritih živcih, je mielinizacija ključni dejavnik pri razvoju živčnega sistema.
Pomemben dejavnik pri razvoju nevronov je tvorba nevronskih mrež, ki povezujejo milijone celic v možganih. Nevroni delujejo prek povratnih zank, spremenjenih z izkušnjami. Številne regije možganske skorje so ob rojstvu nepopolno »ožičene« ali omrežne in se razvijejo pozneje. Klasičen primer tega se pojavi v vidni skorji, ki se aktivira s svetlobo in se lahko razvije le, če ima majhen otrok funkcionalne oči. Če je vid v tej kritični fazi oslabljen, možgani pozneje v življenju morda ne bodo mogli obdelati vida.
Razvoj živčnega sistema pri ljudeh je močno povezan z aktivnostjo po rojstvu. Nekatere regije možganov, povezane med nosečnostjo, se lahko v otroštvu obrezujejo, nove pa se lahko povežejo zaradi izkušenj, kot je učenje govora, hoje ali pisanja. V primerih možganske poškodbe lahko aktivna fizikalna in kognitivna terapija delno obnovi izgubljene funkcije centralnega živčnega sistema. Zaradi nevroplastičnosti lahko en del možganov prevzame funkcijo drugega poškodovanega dela.