Nervu sistēmas attīstību nosaka ģenētiskā informācija, uzturs un šūnu un molekulārie signāli embrijā. Smadzenes un muguras smadzenes sāk veidoties agrīnā grūtniecības stadijā, lai gan nobriešana prasa vairākus gadus. Cilvēkiem faktori, kas ietekmē bērnu nervu attīstību pēc piedzimšanas, ietver maņu orgānus, vidi un to, cik lielā mērā smadzenes un nervu sistēma ir pakļauti izaugsmei. Nervu sistēmas attīstība pieaugušajiem ir atkarīga no plastiskuma, smadzeņu spējas pielāgoties, apgūt jaunas lietas un veikt jaunus uzdevumus.
Embrijos attīstību virza gēni, ko sauc par augšanas faktoriem, kas norāda šūnām, kad un kur augt. Šūnu slānis, kas atdalās no proto-audiem, ko sauc par ektodermu. Tās kļūst par nervu ceku šūnām, kas diferencējas muguras smadzenēs un perifēros nervos, kā arī nervu caurulītē, no kuras veidojas smadzenes. Neironu migrācija notiek, kad neironi sakārtojas atbilstoši ķīmiskajiem signāliem vietās, kuras tie aizņems pastāvīgi. Augošajiem aksoniem, nervu šūnu ķermeņu projekcijām, ir īpašs gals, ko sauc par augšanas konusu, kas meklē šīs ķīmiskās norādes.
Šajā agrīnajā periodā attīstību ietekmējošie faktori ietver ģenētiskos “slēdžus”, kas virza audu augšanu embrijā un zīdītājiem, tostarp cilvēkiem, mātes uzturu. Daudzas ķīmiskas vielas, ko sauc par teragēniem, var traucēt nervu sistēmas veidošanos. Alkohols, tabaka, daži pesticīdi, vīrusi un pat lipīdos šķīstošo vitamīnu pārdozēšana var izraisīt iedzimtus defektus vai embrija vai augļa nāvi. Nervu sistēmas attīstība ir visneaizsargātākā pret šīm vielām pirmajās grūtniecības nedēļās.
Pēc dzimšanas svarīgs process, ko sauc par mielinizāciju, paātrinās vairākus gadus, pirms tas tiek pabeigts pusaudža gados. Mielīns ir aizsargapvalks ap nerviem, kas palīdz elektriskajai komunikācijai. Kognitīvā un sensoromotorā funkcija ir atkarīga no īpašiem mielīna izolētiem ceļiem. Tā kā elektriskie signāli nesegtos nervos pārvietojas lēni un nepilnīgi, mielinizācija ir izšķirošs faktors nervu sistēmas attīstībā.
Svarīgs faktors neironu attīstībā ir neironu tīklu veidošanās, kas savieno miljoniem šūnu visā smadzenēs. Neironi darbojas, izmantojot pieredzes pārveidotas atgriezeniskās saites cilpas. Daudzi smadzeņu garozas reģioni dzimšanas brīdī ir nepilnīgi “vadīti” vai savienoti tīklā un attīstās vēlāk. Klasisks piemērs tam ir redzes garozā, kuru aktivizē gaisma un kas var attīstīties tikai tad, ja mazam bērnam ir funkcionālas acis. Ja šajā kritiskajā posmā ir traucēta redze, smadzenes vēlāk dzīvē var nespēt apstrādāt redzi.
Cilvēka nervu sistēmas attīstība ir cieši saistīta ar aktivitāti pēc dzimšanas. Daži smadzeņu reģioni, kas ir saistīti grūtniecības laikā, bērnībā var tikt apgriezti, un jauni var tikt saistīti, piemēram, mācoties runāt, staigāt vai rakstīt. Smadzeņu traumu gadījumos aktīvā fizikālā un kognitīvā terapija var daļēji atjaunot arī centrālās nervu sistēmas zaudētās funkcijas. Neiroplastiskuma dēļ viena smadzeņu daļa var pārņemt citas bojātās daļas funkciju.