בשלושת השבועות הראשונים בהתפתחותו של עובר האדם נוצר צינור העצבים (באנגלית: neural tube), המתרחב בקדמתו לשלוש שלפוחיות חלולות, אחת אחרי השנייה. שלפוחיות אלו נקראות (מקדימה לאחור):

1. המוח הקדמי (אנגלית: forebrain, לטינית: prosencephalon),
2. המוח האמצעי (אנגלית: midbrain, לטינית: mesencephalon)
3. המוח האחורי (אנגלית: hindbrain, לטינית: rhombencephalon).

משלושת החללים שבתוכן יתפתחו בסופו של דבר ארבעת חדרי המוח, וכן תעלת המוח המחברת ביניהם. משאר הצינור שמאחורי שלוש השלפוחיות יתפתח חוט השדרה.

בשלב זה המוח הקדמי מתפצל לשתי תת-שלפוחיות:

1. המוח המרוחק (לטינית: telencephalon) אשר ביונקים ובעופות ידוע יותר כמוח הגדול,
2. מוח הביניים (לטינית: diencephalon).

המוח האמצעי אינו מתחלק, והמוח האחורי מתחלק אף הוא לשניים:

1. המטנצפלון (לטינית: metencephalon)
2. המיאלנצפלון (לטינית: mielencephalon).

לכן שלב זה נקרא לפעמים שלב חמשת המוחות. בנוסף, המוח הגדול מתחלק רוחבית לשתי המיספרות סימטריות, ימין ושמאל. החללים בתוך שתי המיספרות אלו הופכים להיות החדרים הצדיים. הם עדיין מחוברים לחלל מוח הביניים, ההופך להיות החדר השלישי, לחלל המוח האמצעי, שהוא צר יותר ונקרא תעלת המוח, לחלל המיאלנצפלון ההופך לחדר הרביעי, ולחלל חוט השדרה. חללים אלו מלאים בנוזל המוח, בעוד שתאי הדפנות מתמיינים לתאי עצב. מוחות דגים נשארים בשלב זה גם בבגרותם.

• גרעיני הבסיס
• המוח הגדול

• התלמוס
• ההיפותלמוס
• הרשתית - על אף שאזור זה נמצא מחוץ לגולגולת, תאיו התחלקו מתאים שהיגרו מהדיאנצפלון.
• הסבתלמוס

המוח האמצעי מהווה חלק מגזע המוח (brain stem). הוא מקיף את תעלת המוח ומתחלק לשני חלקים:

• הטקטום
• הטגמנטום

• המוח הקטן
• הפונס

• המוח המוארך (בלועזית: medulla oblongata)