Nervų sistemos vystymąsi lemia genetinė informacija, mityba ir ląstelių bei molekuliniai signalai embrione. Smegenys ir nugaros smegenys pradeda formuotis anksti nėštumo metu, nors bręsti prireikia metų. Žmonėms veiksniai, darantys įtaką vaikų nervų vystymuisi po gimimo, yra jutimo organai, aplinka ir smegenims bei nervų sistemai kylantis iššūkis. Suaugusiųjų nervų sistemos raida priklauso nuo plastiškumo, smegenų gebėjimo prisitaikyti, išmokti naujų dalykų, atlikti naujas užduotis.
Embrionuose vystymąsi nukreipia genai, vadinami augimo faktoriais, kurie nurodo ląstelėms, kada ir kur augti. Nuo protoaudinio atsiskiria ląstelių sluoksnis, vadinamas ektoderma. Tai tampa nervinėmis ląstelėmis, kurios išsiskiria į nugaros smegenis ir periferinius nervus bei nervinį vamzdelį, iš kurio susidaro smegenys. Neuronų migracija vyksta, kai neuronai išsidėsto pagal cheminius signalus vietose, kurias jie užims nuolat. Augantys aksonai, nervinių ląstelių kūnų projekcijos, turi specialų antgalį, vadinamą augimo kūgiu, kuris ieško šių cheminių ženklų.
Šiuo ankstyvuoju laikotarpiu veiksniai, darantys įtaką vystymuisi, apima genetinius „jungiklius“, kurie lemia audinių augimą embrione ir, žinduolių, įskaitant žmones, motinos mitybą. Daugelis cheminių medžiagų, vadinamų teragenais, gali pakenkti nervų sistemos formavimuisi. Alkoholis, tabakas, kai kurie pesticidai, virusai ir net lipiduose tirpių vitaminų perdozavimas gali sukelti apsigimimus arba embriono ar vaisiaus mirtį. Nervų sistemos vystymasis yra labiausiai pažeidžiamas šių medžiagų ankstyvosiomis nėštumo savaitėmis.
Po gimimo svarbus procesas, vadinamas mielinizacija, pagreitėja keletą metų, kol baigiasi paauglystėje. Mielinas yra apsauginis apvalkalas aplink nervus, padedantis elektros ryšiui. Kognityvinė ir sensomotorinė funkcija priklauso nuo specifinių mielino izoliuotų takų. Kadangi elektriniai signalai lėtai ir nevisiškai sklinda neuždengtais nervais, mielinizacija yra esminis nervų sistemos vystymosi veiksnys.
Svarbus nervų vystymosi veiksnys yra neuroninių tinklų, jungiančių milijonus ląstelių per smegenis, formavimas. Neuronai veikia per grįžtamojo ryšio kilpas, pakeistas patirties. Daugelis smegenų žievės sričių gimimo metu yra nepilnai „sujungtos“ arba sujungtos į tinklą ir vystosi vėliau. Klasikinis to pavyzdys atsiranda regėjimo žievėje, kurią aktyvuoja šviesa ir kuri gali vystytis tik tuomet, jei mažas vaikas turi funkcines akis. Jei šiuo kritiniu etapu pablogėja regėjimas, vėliau smegenys gali nepajėgti apdoroti regėjimo.
Žmonių nervų sistemos vystymasis yra glaudžiai susijęs su veikla po gimimo. Kai kurios nėštumo metu sujungtos smegenų sritys vaikystėje gali būti apkarpytos, o naujos gali susieti dėl tokios patirties kaip mokymasis kalbėti, vaikščioti ar rašyti. Smegenų traumos atvejais aktyvi fizinė ir kognityvinė terapija taip pat gali iš dalies atkurti prarastas centrinės nervų sistemos funkcijas. Dėl neuroplastiškumo viena smegenų dalis gali perimti kitos pažeistos dalies funkciją.