Det materielle grunnlaget for intelligens er hjernen, og foster- og spedbarnsfasen er de mest kritiske periodene for utviklingen av hjernen og sentralnervesystemet. Strengt tatt varer fosterperioden fra den niende uken av svangerskapet til fødselen, mens den foregående svangerskapsfasen teknisk sett kalles embryonalperioden.Embryonstadiet betegner utviklingen fra en enkelt celle – det befruktede egget – til en organisme med rudimentær menneskelig form. Fostretstadiet omhandler primært den fortsatte veksten og differensieringen av organer og vev som begynte å dannes i embryonstadiet. I denne boken omfatter begrepet «fostretstadiet» begge periodene uten skille. Hjernen er en ekstremt kompleks struktur, med hjerneceller, eller nevroner, som de mest grunnleggende byggesteinene.
Under embryonal utvikling foregår hjerneutviklingen parallelt med organismenes vekst, og kan grovt sett deles inn i tre faser: den innledende fasen med celleproliferasjon, den påfølgende fasen med samtidig økning i antall celler og volum, og den avsluttende fasen hvor celleproliferasjonen opphører mens volumet fortsetter å øke. Disse sekvensielle prosessene overlapper hverandre.
Blant menneskets utviklingsstrukturer er hjernen den som utvikler seg tidligst. Nevralplaten dukker opp rundt den 18. embryonale dagen.Hjernens overflate, som i utgangspunktet er glatt, utvikler intrikate sulci og gyri innen den 13. uken. I hjernebarken skjer differensieringen og modningen av nevroner som spesialiserer seg på forskjellige funksjoner, hovedsakelig mellom den 15. og 18. uken av svangerskapet. Utviklingen av menneskehjernen akselererer betydelig fra midten av svangerskapet og utover. Den første fasen av rask hjernecelleproliferasjon skjer mellom den 3. og 6. måneden av svangerskapet. Forstørrelsen av hjernecellene og veksten av nervefibrene driver en kontinuerlig økning i hjernemassen.Den andre fasen av rask hjernecellevekst skjer mellom den syvende og niende måneden av svangerskapet. I denne perioden utvikler etablerte nerveceller synaptiske forbindelser for å lette overføringen av eksitatoriske signaler mellom dem. Den mest aktive og kraftige perioden av utviklingen av menneskelige hjerneceller strekker seg fra de siste tre månedene av svangerskapet til den tredje måneden etter fødselen. I denne fasen skjer spredningen av hjerneceller og forstørrelsen av eksisterende celler samtidig, noe som fører til rask utvikling. Denne overlappende utviklingsprosessen fortsetter til barnet er omtrent to år gammelt.Spredningen av hjerneceller er en engangshendelse; når den er gått glipp av, kan den ikke kompenseres for. Derfor utgjør fosterperioden og de to første leveårene en kritisk grunnleggende fase for hjernens vekst og utvikling, som avgjør både mengden hjerneceller og kvaliteten på deres utvikling. Etter toårsalderen innebærer utviklingen primært økning i hjernecellens volum og vekt, sammen med utvikling av intellektuell kapasitet.