हाल तक इस विषय में निश्चित रूप से बहुत कम ज्ञात था कि बच्चों के आयु में बढ़ने एवं विकसित होने के साथ मस्तिष्क किस प्रकार बदलता है। मस्तिष्क में विकासात्मक परिवर्तनों को रेखांकित करने में पर्याप्त प्रगति हो रही है, यद्यपि बहुत कुछ अभी भी अज्ञात है। मस्तिष्क के तंत्रिका-सिरों की संख्या एवं आकार कम से कम किशोरावस्था तक बढ़ते रहते हैं। मस्तिष्क के आकार में कुछ वृद्धि माइलिनेशन (myelination) के कारण भी होती है, एक ऐसी प्रक्रिया जिसमें मस्तिष्क एवं तंत्रिका तंत्र की अनेक कोशिकाएँ वसा-कोशिकाओं की एक रोधक परत से ढक जाती हैं।

इससे वह गति बढ़ जाती है जिससे सूचना तंत्रिका तंत्र में यात्रा करती है। हाथ-आँख समन्वय से संबंधित मस्तिष्क के क्षेत्रों में माइलिनेशन लगभग चार वर्ष की आयु तक पूर्ण नहीं होता। ध्यान केंद्रित करने में महत्वपूर्ण मस्तिष्क क्षेत्रों में माइलिनेशन प्राथमिक विद्यालयी वर्षों के अंत तक पूर्ण नहीं होता।

शिक्षण के लिए इसका निहितार्थ यह है कि बच्चों को आरंभिक बाल्यावस्था में अपना ध्यान केंद्रित करने तथा उसे अधिक समय तक बनाए रखने में अधिक कठिनाई होगी, किंतु प्राथमिक विद्यालयी वर्षों के आगे बढ़ने के साथ उनका ध्यान बेहतर होता जाएगा। प्राथमिक विद्यालय में तथा उसके बाद भी, अनेक शिक्षाविद मानते हैं कि कभी-कभार के छोटे विराम बच्चों की ऊर्जा एवं सीखने की अभिप्रेरणा को बनाए रखते हैं। कोशिकीय स्तर पर मस्तिष्क विकास का एक और महत्वपूर्ण पक्ष न्यूरॉनों (तंत्रिका कोशिकाओं) के बीच संयोजनों में नाटकीय वृद्धि है।

सिनैप्स (synapses) न्यूरॉनों के बीच के सूक्ष्म अंतराल हैं जहाँ न्यूरॉनों के बीच संयोजन बनते हैं। शोधकर्ताओं ने सिनैप्टिक संयोजनों का एक रोचक पक्ष खोजा है। इनमें से जितने संयोजन कभी उपयोग होंगे, उससे लगभग दोगुने बनते हैं। जो संयोजन उपयोग होते हैं वे सुदृढ़ हो जाते हैं और बने रहते हैं, जबकि अप्रयुक्त संयोजन अन्य मार्गों से प्रतिस्थापित हो जाते हैं अथवा लुप्त हो जाते हैं।