Perkembangan otak janin dimulai pada awal kehamilan, sekitar tiga minggu setelah pembuahan. Pada fase ini, otak janin yang disebut embrio, masih berbentuk lempeng saraf oval.
Sekitar 16 hari setelah pembuahan, proses pembentukan dasar otak dan sumsum tulang belakang dimulai melalui pembentukan neural plate.
Neural plate ini kemudian berkembang menjadi tabung saraf yang mulai menutup antara usia kehamilan 5 hingga 8 minggu, dan terbagi menjadi tiga bagian yaitu, otak depan, otak tengah, dan otak belakang. Otak belakang nantinya akan membentuk sumsum tulang belakang.
Pada minggu ke-5, sel-sel tubuh janin mulai berkembang dan membentuk organ-organ penting, termasuk otak, sumsum tulang belakang, dan jantung. Masa ini merupakan periode kritis dalam trimester pertama, di mana risiko gangguan pertumbuhan bayi sangat tinggi dan dapat menyebabkan cacat lahir.
Antara minggu ke-6 dan ke-7, otak janin terus tumbuh dan mulai membentuk bagian-bagian penting seperti otak besar (cerebrum), otak kecil (cerebellum), batang otak, kelenjar hipofisis, dan hipotalamus. Masing-masing bagian ini memiliki fungsi vital bagi tubuh calon bayi.
Pada minggu ke-8, perkembangan otak janin masih berlangsung, dan pada minggu ke-10, embrio sudah menjadi janin dan mulai berfungsi. Selain itu, organ tubuh lainnya, seperti ginjal, usus, dan hati, juga mulai aktif pada minggu ini. Setelah minggu ke-10, embrio sudah menjadi janin.