Aju ja seljaaju moodustavad kesknärvisüsteemi (KNS) ja on tavaliselt esimeste kehaosade seas, mis embrüos arenevad. Inimese arengu olulises etapis läheb embrüo pind tavaliselt kokku ja sulgub, moodustades toru, mis tähistab kesknärvisüsteemi arengu algust. Selle tulemusena moodustub struktuur, mida nimetatakse neuropooriks ja mis tavaliselt sulgub pärast nelja rasedusnädalat. Seejärel võivad tekkida mitmed peamised aju vesiikulid. Kesknärvisüsteemi muudetakse kogu elu jooksul, kuna närvirakud, mida nimetatakse neuroniteks, kasvatavad stimuleerimisel aksoneid, sünapse ja kasvukoonuseid.
Kesknärvisüsteemi areng algab siis, kui notokordiks nimetatud struktuuri kohal olev embrüonaalne kude eristub neuroloogiliseks. Tavaliselt moodustub soon ja seejärel tekivad mõlemal küljel voldid. Need sulguvad tavaliselt keskelt ja seejärel järjestikku mõlemalt küljelt, moodustades neuraaltoru. Neuraalkanali areng jätkub ja ülemine ehk rostraalne osa muutub aju osadeks, samas kui ülejäänud trakti osa muutub tavaliselt seljaajuks.
Närviharja voltides muutuvad paljud rakud närvistruktuurideks, mida nimetatakse ganglionideks, samuti kaitsekudedeks, mis ümbritsevad aju ja seljaaju. Vesiikulid, mis moodustavad aju teatud osade üldise raamistiku, moodustuvad tavaliselt hiljem. Nende hulka kuuluvad eesaju, keskaju ja tagaaju vesiikulid. Neuraaltoru kolm rakukihti arenevad ka seljaaju moodustamiseks; sellest protsessist moodustuvad erinevad rakud ja erinevad struktuurid nööris. Kaheksaks rasedusnädalaks ja kesknärvisüsteemi arenguks moodustub tavaliselt nöör koos kogu selgrookanaliga.
Närvirakud elavad tavaliselt kogu inimese eluaja. Nad võivad välja surra, kuid selle asemel, et neid asendada teiste rakkudega, võivad neuronitevahelised ühendused muutuda. Kesknärvisüsteemi areng sõltub sageli rakkudest väljuvate aksonite kasvust. Protsessi mõjutab igas rakus sobiv kaltsiumi kogus, samas kui sünapsid küpsete aksonite otstes tekivad tavaliselt neurotropiini valkude käivitamisel.
Aksonid kasvavad ja ühenduvad erinevate ajupiirkondadega. Mõned rakud võivad toimida suunajatena teatud teekonnal, samas kui mõnel rakupinnal olevad molekulid võivad tõrjuda aksonistruktuuride kasvukoonuseid. Teatud piirkondade keemiline koostis võib põhjustada aksonite ja närvide kinnitumist seal. Kesknärvisüsteemi õige areng on tavaliselt kõige olulisem embrüo staadiumis, kuna see võib mõjutada inimese heaolu kogu elu jooksul. Kesknärvisüsteemi mõjutavad ka täiskasvanueas toimuvad rakuprotsessid, mis sageli võimaldavad ajul keskkonnaga kohaneda.