在母親尚未注意其月經推遲時，胚胎的大腦已悄悄發育了。
卵子在周日受精，到星期三胚胎就已經由至少30個細胞組成了，到了星期五這些細胞已在子宮著床了。下周一，外胚層膜、神經系統和感覺器官開始形成。到第3周，外胚層看上去開始像皮膚了，腦部也出現了明顯的膨起。
孕期第5周，細胞大量分裂，形成大腦半球且迅速增大、生長。大腦皮質的發育在胚胎發展過程中是最為奇特的。
孕期第7周，前腦形成兩個如豌豆大小的腦。其細胞壁只有兩層，薄如發絲。在兩個腦泡之間，尚未長成的神經細胞上下游移，然后分裂形成兩種新的細胞，其中一些新細胞形成樹突和軸突，其余的形成起支撐作用的神經節。
在通常情況下，到懷孕第15周時，大腦才明顯地分成了6個區：前腦2個區，中腦1個區，后腦3個區，這些區域形成大腦的基本框架，幫助大腦正常分化成各種結構：腦膜、神經、纖維、細胞核、神經節等。
到第33周時，大腦的神經中樞基本形成，并和周身相連。從胎兒時期到6歲，是寶寶腦部發育的黃金期。