胎儿在母体内就存在听、触、嗅等大脑神经活动，有人甚至可回忆起降生时的情景。
随着年龄的增长，人的记忆力逐渐增强，就其增幅而言则以婴儿期的记忆力增长最快，这时期的孩子之所以能很快记住电视画面和儿歌，是因为早在胎儿期就已经形成了这种能力。脑的发育领先于肢体的发育。
人的诞生始予受精卵，受精卵在子宫内着床后依次分化出外胚叶、中胚叶、内胚叶，其中外胚叶就是脑的原形。开始它是圆板状，随后发育成神经管，胎儿的神经管在初期即发生弯曲弯形，出现褶皱，以便在有限空间容纳更多的细胞，正是这一原因造就了复杂的最终布满沟回的大脑。
在胚胎的第4周胎儿脑已在原始形态上完成了主要的部分。到第6周大脑上已可以记录到电信号。第7周胎儿面部轮廓形成，眼、鼻、口已依稀可辨。到第9周脑干和脊髓便以半个大脑的体积完成了发育过程，这时用较细的探针触其额部，他已经会低头躲避，这表明胎儿触觉神经的出现。大脑继续发育到第4个月，胎儿便形成了头部比例过大的完整人形。
在脑的发育过程中最关键、所需时间最长的是神经网络的形成，因为是神经网络最终导致大脑功能的产生。但是构筑这一神经网络的主角突触的数量在出生后反而急剧减少。急剧减少的多出部分是胎儿期的储备，供出生后适应环境过程中的消耗。
甲胎蛋白是由胎儿肝脏及卵巢囊中产生的一种蛋白质。只在胎儿期出现，分娩以后，含量逐渐降低，至消灭不见，成人体内就不存在甲胎蛋白。随妊娠周数的逐渐增加，从妊娠12周孕妇的血中也逐渐出现一定水平的甲胎蛋白。20世纪70年代初有学者发现羊水中甲胎蛋白增加是胎儿神经管缺陷的确诊指标，同时发现母血中甲胎蛋白的增高也可作确诊。此法简便准确，已被广泛采用。
从受孕的第29天胚胎的肝脏即合成甲胎蛋白。羊水中甲胎蛋白的含量，较胎儿体液中的为低。妊娠13—16周羊水内的甲胎蛋白可达2000—3000毫微克／毫升，此后即急速下降，足月胎儿羊水中甲胎蛋白在20—30毫微克／毫升。
血液中的甲胎蛋白一一般在妊娠16周时可测出，32周达高峰，为300-400毫微克／毫升，以后逐渐下降。但甲胎蛋白含量因人而异，且差别很大。
当胎儿发生先天异常，如无脑儿、开放性脊柱裂、内脏外翻等，胎儿体内的甲胎蛋白溢入羊水，使羊水中的甲胎蛋白增多，所以进入母血中的甲胎蛋白也增多，因此甲胎蛋白可以作为胎儿某些先天畸形的筛查诊断之用。
在怀孕4个月的孕妇休息的安静房间里突然出现很大声响，子宫内的胎儿会剧烈扭动身躯，使母亲明显感到胎动，出生4天的婴儿有时竟能听出母语与外语的区别，20天后便可循母亲的声音寻找乳头，这一能力来自出生前母亲与其频频“交谈”过程中培养起来的语言感受力。胎儿对其在子宫内感受到的声音已形成记忆，这种记忆主要由突触上的神经传递物质形成，胎儿对外界的谈话、、声响所形成的暂时记忆经多次重复便留在了长期记忆中，在这一期间听觉是胎儿学习的主要手段。
神经细胞的数量及神经纤维的长度由遗传因素决定，而突触的形成则受制于子宫内的环境因素。经常接受多变的外界刺激，脑的发育较快，增重明显，突触数也越来越多，突触的形成略迟于神经细胞和神经纤维。人类的这一过程始于怀孕后两个月，出生8个月至1年达到峰值。