神經上皮細胞或神經外胚層細胞在胚胎發育早期形成封閉神經管的壁。 神經上皮細胞跨越管壁的厚度，與軟膜表面和心室或管腔表面相連。 它們通過連接復合物在管腔處連接，在那里它們形成假復層的上皮層，稱為神經上皮。

神經上皮細胞是中樞神經系統的干細胞，稱為神經干細胞，產生稱為放射狀膠質細胞的中間祖細胞，在神經發生過程中分化為神經元和膠質細胞。

在胚胎生長的第三周，早期胎兒的大腦開始發育，這個過程稱為形態發生。 外胚層的神經細胞開始快速繁殖并折疊形成神經板，神經板在胚胎生長的第四周內陷并形成神經管。 神經管的形成使神經上皮細胞極化，使細胞的頂端面向內，后來成為腦室區，基底面向外，接觸軟腦膜或發育中大腦的外表面。 作為這種極性的一部分，神經上皮細胞在頂端質膜和緊密連接中表達 prominin-1 以維持細胞極性。 整合素 alpha 6 將神經上皮細胞錨定到基底層。 神經管開始時是單層假復層上皮細胞，但神經上皮細胞的快速增殖會產生額外的層，最終形成三個不同的生長區域。 由于這些附加層形成頂端-基底極性，因此必須下調。 這些區域中的細胞進一步增殖會產生大腦的三個不同區域：前腦、中腦和后腦。 神經管也產生脊髓。

神經上皮細胞是一類干細胞，具有自我更新的能力。 在神經管形成過程中，神經上皮細胞經歷對稱增殖分裂，產生兩個新的神經上皮細胞。 在大腦發育的后期階段，神經上皮細胞開始自我更新并通過不對稱分裂同時產生非干細胞祖細胞，例如放射狀神經膠質細胞。 抗增殖基因 Tis21 的表達導致神經上皮細胞從增殖分裂轉變為神經元分裂。 許多神經上皮細胞也分裂成放射狀神經膠質細胞，這是一種類似但更受命運限制的細胞。 作為更受命運限制的細胞，放射狀神經膠質細胞將在神經膠質生成中產生有絲分裂后神經元、中間祖細胞或星形膠質細胞。 在神經上皮細胞分裂過程中，運動間核遷移允許細胞在保持密集堆積的同時不受限制地分裂。 在 G1 期，細胞核遷移到細胞的基底側并在 S 期保持在那里，并在 G2 期遷移到頂端側。 這種遷移需要微管和肌動蛋白絲的幫助。

神經上皮細胞在早期胚胎發育過程中產生放射狀神經膠質祖細胞。 為了做出這種改變，神經上皮細胞開始通過停止緊密連接蛋白 occludin 的表達來下調其上皮特征。 occludin 的缺失導致先前緊密連接密封的缺失，這是神經母細胞生成所必需的。 另一種緊密連接蛋白 PARD3 保留在細胞的頂端側，與 N-鈣粘蛋白共定位，并保持神經上皮細胞的頂端面完好無損。 在沒有occludin的情況下，一些極性仍然丟失并且神經上皮細胞產生放射狀神經膠質細胞。

在成人中樞神經系統中，神經上皮細胞出現在大腦的幾個不同區域：腦室下區 (SVZ)、嗅球和海馬齒狀回。 這些細胞不會出現在任何周圍神經系統中。 通常歸類為神經干細胞，神經上皮細胞僅產生少數幾種神經細胞，使它們具有多能性——與胚胎發育中發現的多能干細胞有明顯區別。

神經上皮細胞經歷有絲分裂，產生更多的神經上皮細胞、放射狀神經膠質細胞或祖細胞，后兩者分化為神經元或神經膠質細胞。 神經上皮細胞經歷兩種不同形式的有絲分裂：不對稱分化分裂和對稱多產分裂。 不對稱細胞分裂產生兩種不同的子細胞（即神經上皮細胞分裂成放射狀神經膠質細胞和另一個神經上皮細胞），而對稱版本產生相同的子細胞。