El SNC y el SNP se originan de zonas distintas de la placa neural. Las divisiones del SNC se esbozan en la cuarta semana del desarrollo cuando el tubo neural se curva y se dilata en la parte anterior formándose tres vesículas encefálicas (prosencéfalo, mesencéfalo y rombencéfalo). En la semana siguiente estas vesículas se subdividen y curvan de nuevo configurando las cinco (telencéfalo, diencéfalo, mesencéfalo, metencéfalo y mielencéfalo), que en el curso del desarrollo formarán las distintas divisiones y estructuras del encéfalo.
La zona caudal del tubo neural originará la médula espinal. En el interior hueco del tubo neural al mismo tiempo se configuran las cavidades del sistema ventricular. En este periodo el tubo neural presenta un patrón característico de segmentación típico en todos los vertebrados. Los segmentos de las vesículas anteriores (neurómeros) desaparecen posteriormente, pero los rombómeros que segmentan el rombencéfalo y los segmentos de la zona caudal del tubo neural quedarán marcados en el SNC maduro por el patrón regular de inserción de los nervios craneales y espinales. Esta segmentación está dirigida por la expresión secuencial de genes Hox que se expresan en el tubo neural en el mismo orden lineal en el que están en los cromosomas, y su patrón espacial de espresión establece los límites entre los rombómeros adyacentes, y les aporta identidad.
Además, denuevo actúan señales inductoras que establecen un patrón dorso-ventral que determina la regionalización funcional sensorial o motora en gran parte del tubo neural.
En las siguientes semanas de desarrollo, la pared de las vesículas encefálicas y de la zona caudal del tubo se engrosará por un acelerado proceso de división celular que producirá un crecimiento diferencial en las distintas zonas y provocará la aparición secuencial de las diversas estructuras que formarán las distintas divisiones del SNC maduro.
El SNP se origina de la cresta neural, a partir de la cuarta semana, en interacción con el mesodermo segmentado en somitas. Sus células forman los ganglios espinales a lo largo de la región caudal del tubo neural.
Posteriormente estos ganglios periféricos se unen a la médula espinal al formarse las raíces de los nervios espinales. Los ganglios craneales y los del SN autónomo siguen procesos similares de formación. Las células de Schwann mielinizan los nervios periféricos gradualmente a partir del cuarto mes de vida fetal. Este apunte de la morfogénesis explica que la separación anatómica del SNC y el SNP no es total y que ambas divisiones mantienen una constante interacción funcional.