上圖：文昌魚，被認為是脊椎動物的原型，缺乏真正的大腦。 中間：早期脊椎動物。 底部：脊椎動物進化的紡錘體圖。

渦蟲是扁形動物門（扁形蟲）的成員，它們將神經系統劃分為中樞神經系統和前樞神經系統的最簡單、明確的劃分。它們的原始大腦由兩個融合的前神經節和縱向神經索組成，形成中樞神經系統。 像脊椎動物一樣，具有不同的 CNS 和 PNS。 從 CNS 橫向突出的神經形成它們的 PNS。

一項分子研究發現，在渦蟲神經系統中涉及的 116 個基因中，95% 以上的基因也存在于人類中，其中包括與中樞神經系統相關的基因。

在節肢動物中，腹神經索、食管下神經節和食管上神經節通常被視為構成中樞神經系統。 與脊椎動物不同，節肢動物由于體型小而具有抑制性運動神經元。

脊索動物的中樞神經系統與其他動物的中樞神經系統不同，位于身體的背部，位于腸道和脊索/脊柱上方。 CNS 的基本模式在不同種類的脊椎動物和進化過程中高度保守。 可以觀察到的主要趨勢是漸進的端腦化：爬行動物的端腦只是大嗅球的附屬物，而在哺乳動物中它構成了中樞神經系統的大部分體積。 在人腦中，端腦覆蓋了間腦的大部分和整個中腦。 事實上，對不同物種大腦大小的異速生長研究顯示了從大鼠到鯨魚的驚人連續性，并使我們能夠完成關于通過顱內模型獲得的中樞神經系統進化的知識。

哺乳動物——在xxx批魚類、兩棲動物和爬行動物之后出現在化石記錄中——是xxx擁有進化最近的大腦皮層最外層部分（端腦的主要部分，不包括嗅球）稱為新皮層的脊椎動物。 在哺乳動物中，大腦的這一部分涉及高級思維和感覺皮層中所有感官的進一步處理（嗅覺處理以前僅由其燈泡完成，而非嗅覺感官的處理僅由頂蓋完成）。 單孔類動物（鴨嘴獸和幾種刺食蟻獸）和有袋動物（如袋鼠、考拉、負鼠、袋熊和塔斯馬尼亞袋獾）的新皮質缺乏在大多數胎盤的新皮質中發現的回旋——腦回和腦溝 哺乳動物（eutherians）。在胎盤哺乳動物中，新皮質的大小和復雜性隨著時間的推移而增加。 老鼠的新皮質面積只有猴子的1/100左右，猴子的大腦皮層面積也只有人類的1/10左右。 此外，老鼠的新皮層沒有回旋（可能也是因為老鼠是小型哺乳動物），而貓有中等程度的回旋，而人類有相當廣泛的回旋。 在海豚中發現了新皮質的極端卷積，這可能與它們復雜的回聲定位有關。

有許多中樞神經系統疾病和病癥，包括腦炎和脊髓灰質炎等感染、多動癥和自閉癥等早發性神經系統疾病、癲癇等癲癇發作、偏頭痛等頭痛癥、阿爾茨海默病等遲發性神經退行性疾病 、帕金森病和特發性震顫、自身免疫和炎癥性疾病，如多發性硬化癥和急性播散性腦脊髓炎，遺傳性疾病，如克拉伯病和亨廷頓舞蹈病，以及肌萎縮側索硬化和腎上腺腦白質營養不良。 最后，中樞神經系統癌癥會導致嚴重的疾病，如果是惡性腫瘤，死亡率會非常高。 癥狀取決于腫瘤的大小、生長速度、位置和惡性程度，可能包括運動控制的改變、聽力損失、頭痛以及認知能力和自主功能的改變。

專業專業組織建議僅對大腦進行神經學成像以回答特定的臨床問題，而不是將其作為常規篩查。