根据大脑生理学的研究，儿童大脑重量的增加并不是脑神经细胞的增殖，而主要是神经细胞结构的复杂化和神经纤维的伸长。
脑是人体优先发育的器官，出生时新生儿的脑重量已达到成年人脑重的25%。出生后儿童脑的重量随着年龄以先快后慢的速度增长，第一年的脑重量增加最快，2.5-3岁时脑重发展到相当成年人脑重的75%。此后几年发展渐慢，到6-7岁接近成人水平，占成人脑重的90%，此后缓慢增长，到20岁时停止增长。
新生儿的大脑皮质表面较光滑，沟回很浅，构造十分简单，以后神经细胞突触数量和长度增加，细胞体积增大，神经纤维开始向不同方向延伸，越来越多地深入到皮质各层。以此同时，神经纤维的髓鞘化逐渐完成，髓鞘化是脑内部成熟的重要标志。髓鞘化保证了神经兴奋沿着一定路线迅速传导。新生儿的脑低级部位（脊髓、脑干）已开始髓鞘化。以后先是与感觉运动有关的部位，后是与智慧活动直接有关的额叶、顶叶区髓鞘化。6岁末几乎所有的皮质传导通路都已髓鞘化。
我们知道人的中枢神经系统有1000亿个神经细胞和大约9000亿个神经胶质细胞组成，从胎儿3个月开始神经细胞迅速增长，每分钟超过25万个。人类新生儿是在脑未成熟的状态下出生的，也就是新生儿的大脑还不能正常发挥功能。因此生后还要继续生长发育，继续完善大脑的功能。到一岁脑的重量已达到成人的1/2.0～3岁是人的一生中大脑发育最快的时候。
神经系统发育既有阶段性又有连续性，既有可变性又有代偿性。所谓的连续性是指神经系统发育连续不断，阶段性是指神经系统在某一阶段有其敏感期（或叫关键期），在这个阶段应该完成的功能就应该完成，错过了就可能终生难以弥补。所谓的可变性和代偿性是指脑组织在受损坏后，在关键期内其它的脑细胞可以代替它的功能。
科学家研究发现，婴幼儿脑组织的发育还离不开一个丰富多彩的环境和给予婴幼儿各种刺激及教育机会。例如：我国明代朱棣夺取王位时，为了巩固王位，又不遭天下人的议论，阴谋险恶，将建文帝的幼子关了50年之久，虽然每天供给食物维持生命，但是不让他接受外界任何教育和刺激，而且环境单调。所以释放时已成白痴。又例如：1970年在美国加利福尼亚发现一个“人工野孩”吉妮，孩子出生时是正常新生儿，在婴儿起也是正常的。但是从第20个月就被她的父亲关闭在小屋里，无人理睬，孩子长到13岁才被发现救出。后来科学家对她进行了8年的教育和研究，最后认定：吉妮的大脑由于缺乏早期生活经验熏陶和教育已经受到永久性的损害，不可能恢复。因为错过了生活经验发育的关键期，这种隔离发生的越早，造成的损害就越严重。也就是说在关键期内越早给孩子进行教育，孩子的大脑就越聪明，灵活。
对于关键期，不同的人也不完全一致，存在着一定的个体差异，在脑的发展过程中存在着不平衡性：
孩子4～6个月是吞咽咀嚼关键期；
8～9个月是分辨大小，多少关键期；
7～10个月是爬的关键期；
10～12个月是站走的关键期；
2～3岁是口头语言发育的关键期；也是计数发展的关键期；
2.5岁～3岁是立规矩的关键期；
3岁是培养性格的关键期；
4岁以前是形象视觉发展的的关键期；
4～5岁是开始学习书面语言的关键期；
5岁是掌握数学概念的关键期；也是儿童口头语言发展的第二个关键期；
5～6岁是掌握语言词汇能力的关键期。
我们应该在早期教育中抓住关键期，为孩子提供一个丰富多彩的环境，给予孩子符合大脑发育特点的各种刺激及教育机会，让孩子的各种能力，包括视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉等感觉；知觉；语言都在相应的阶段得到及时的发展。
另外我们还要让孩子去听音乐会，去欣赏画展，去看歌舞，去看体育技能比赛，去看动植物，到大自然中去观察千姿百态的各种现象。通过他们的感知觉器官将听到的，见到的，感知觉到的大量信息抢先注入到大脑里。使得大脑成为储存信息的大仓库，汇聚知识河流的大海洋。
学龄前的孩子应该有一个欢乐的童年，让孩子们在“玩”的过程中，去观察世界，去体验生活，促进想象力的发展，促进思维力的发展，启发和诱导孩子的创新思维。爸爸妈妈们，必须采取科学的措施，实施生动活泼的引导方法，因势利导，循序渐进，激发孩子学习的兴趣，在人为的良好的情绪下，在玩中教，在玩中学，让孩子在玩中不知不觉中学到知识。
影响儿童大脑工作能力的因素较多，根据多年日常教学的观察，发现包括以下几个方面：
个体的身体条件
身体虚弱的儿童大脑工作能力在时间的持久性方面明显低于身体强壮的儿童；大脑发育状况越是健康的儿童，大脑的工作能力越强；年龄越小，兴奋和抑制所需启动的时间越长，因而大脑工作能力的速度较缓慢、时间持续较短；有多动症等行为障碍的儿童由于其有意注意的时间较短，大脑工作能力的效率较低；凡是中枢神经发育、运动系统功能、体形发育、行为抑制等未达到“入学成熟水平”的，其大脑的工作能力相对都较低，随着时间的推移，个别能力强的儿童能逐渐适应这种跨年龄的学习，多数儿童学习成绩会因此而明显落后。
学习和生活条件
学习和生活条件也同大脑的工作能力有密切的关系。如学习负担过重、睡眠不足、饥饿、休息时间与方式、教学内容和方法、课程表的编排、学习地点的照明、气候、噪音、课桌椅高矮、学习用品等，以及家庭学习气氛、家长对学习的期望、态度等，都会对儿童大脑工作能力产生一定的影响。
个体的心理状态
个体的心理状态尤其是个体情绪的变化对儿童大脑工作能力的发挥影响很大，如过度兴奋、缺乏信心、消极抑郁、对学校环境印象的好坏、同伴的情绪影响、他人对自己的评价、老师的表扬与批评、师生关系的融洽、对考试的态度、对学习成绩关心的程度、家里是否有固定学习地点等。
大脑神经功能协调情况
个体大脑优势半球是否建立、左右脑的分工是否明确、是左利还是右利、神经功能是否协调、是否过分依赖某半球等对大脑工作能力影响极大。