Razvoj centralnog nervnog sistema počinje procesom neurulacije (neurulation), kojim se ravna neuralna ploča, prethodno indukovana od strane notohorde (opisano na stranici Gastrulacija i zametni listići), postepeno pretvara u zatvorenu cijev, prvi anatomski prepoznatljiv oblik budućeg mozga i kičmene moždine.

Neurulacija. Ivice neuralne ploče se tokom treće nedjelje počinju izdizati u neuralne nabore (neural folds), dok sredina ploče ostaje ulegnuta i formira neuralni žlijeb (neural groove) između njih. Neuralni nabori dalje rastu jedan ka drugom i, kada se dodirnu duž srednje linije, spajaju se u zatvorenu cijev, neuralnu cijev (neural tube). Zatvaranje ne teče ravnomjerno po cijeloj dužini zametka odjednom, nego počinje u sredini neuralne ploče i odatle napreduje u oba pravca, kranijalno ka glavi i kaudalno ka repnom kraju zametka. Na oba kraja privremeno ostaje otvoren po jedan otvor, neuroporusi (neuropores): rostralni (prednji) na kranijalnom kraju i kaudalni (zadnji) na suprotnom kraju. Oba se zatvaraju poslednja, tokom četvrte nedjelje razvoja.

Neuralna kresta. Dok se ivice neuralne ploče spajaju u cijev, mala grupa ćelija na samoj granici između neuroektoderma i površinskog ektoderma se odvaja od oba sloja i formira zasebnu populaciju, neuralnu krestu (neural crest). Ćelije neuralne kreste zatim migriraju na velike razdaljine kroz cijelo tijelo zametka i daju iznenađujuće raznovrstan skup potomaka: veći dio perifernog nervnog sistema (senzorne i autonomne ganglije, Švanove ćelije koje mijeliniziraju periferne nerve), melanocite kože, dio kostiju i hrskavice lica i lobanje, dio vezivnog tkiva i pregrada u srcu, i srž nadbubrežne žlijezde.

Podjela neuralne cijevi. Kranijalni (glavni) dio neuralne cijevi se ubrzano širi i dijeli, dajući tri primarna moždana mjehurića: prednji mozak (prosencephalon), srednji mozak (mesencephalon) i zadnji mozak (rhombencephalon). Ovi mjehurići se dalje dijele na pet sekundarnih mjehurića: prosencephalon na telencephalon, iz kog nastaju moždane hemisfere, i diencephalon, iz kog nastaju talamus i hipotalamus; rhombencephalon na metencephalon, iz kog nastaju pons i mali mozak, i myelencephalon, iz kog nastaje produžena moždina; mesencephalon se dalje ne dijeli i ostaje srednji mozak. Kaudalni (repni), uži dio neuralne cijevi ostaje jednostavnije građen i postaje kičmena moždina. Šupljina koja se pruža kroz cijelu neuralnu cijev prati istu podjelu: u predjelu mozga postaje komorni sistem (moždane komore), a u predjelu kičmene moždine centralni kanal.