在很大程度上，儿童的运动发展是能被观察到的；我们可以看到婴儿的自发运动及其身体运动技能的精细化。如今，由于神经科学技术的发展，当婴幼儿的身体不断发展时，我们也能观察到其脑变化和发育的模式。成人的脑重约1.6千克，新生儿的脑重仅为成人的25%。3岁儿童的脑重约为成人的90%,6岁儿童的脑部大小几乎接近成人，只不过某些特定的技能直到成人一直在持续发展。个体在日常生活中的行为也能反映脑的发育情况。反射行为的发展就是很好的例子（见表)。
新生儿脑中神经元（又称脑细胞）的数量是固定不变的，它不会随着年龄的增长而增加，认识到这一点非常重要。然而，神经元之间的联结数量会不断增加。大脑也会出现髓鞘化（myelinization),这是一种神经元被髓磷脂包裹并隔离神经纤维的过程。髓鞘化使得婴儿出生后其大脑尺寸得以迅速增加。随后，神经纤维（或轴突）能更好地传递电脉冲信号（突触）,从而建立更稳定的“学习联结”。在1岁之前，大脑发育主要是神经纤维髓鞘化，以及神经纤维不断延伸或生长为“树突树”的过程。另外，大脑中的神经元会四处活动，最后根据功能被分化。有的神经元会运动到大脑的表层，即大脑皮质（cerebral cortex),另一些神经元则运动到大脑皮质下层。当婴儿出生时，大脑皮质下层就已经发育完全，它负责调节大多数的反射行为以及像呼吸和心律等基本的生命活动。伴随着脑的不断发育，大脑皮质中的细胞也越来越成熟，相互之间的联结也不断增多。这些细胞将负责复杂的运动技能以及像认知和语言等高级的思维过程。
脑电图（EEG)或脑电波可以用来测量脑活动。通过探测脑电波活动，我们能够发现婴儿从出生到1岁时脑发育过程中的几个活动高峰期。例如，在3~4个月会出现一个活动高峰期，此时，婴儿正自发地伸手去够物体；到8个月大时，婴儿学会爬，并寻找感兴趣的物体；到12个月大时，婴儿正学习走路。这些脑活动的高峰期与突触之间联结的大量形成有关；大脑忙于加工所接收到的信息并赋予其意义。已有证据清晰地表明，经验促进了早期大脑神经回路的形成。
当今，有关脑发展的相关研究让我们更深刻地理解了自由运动和运动技能发展的重要性。当婴儿不断地重复并练习简单的感觉运动模式（例如转头或伸手够物品）时，他们也稳固了重要的突触间的联结。有趣的环境能够提高婴幼儿的活动水平，并鼓励他们积极地与周围的人和物进行互动，从而提高大脑功能的质量（突触联结密度）以及强化突触间的联结（髓鞘化增加）。
镜像神经元揭示了观察和模仿运动所扮演的有趣的角色及其对脑发展的影响。当人们观察某项任务时，大脑中的运动皮质会在相应位置活跃起来，以便于去执行这一任务。我们知道，婴幼儿在观察他人的动作后通常会重复他们所观察到的动作（即使复杂的动作也不需成人教）。镜像神经元为我们提供了更多的视角，以理解儿童的运动经验如何与认知和社交技能相关联。需要记住的关键一点是，新经验为婴幼儿提供了解释周围世界以及扩展神经联结的机会。当然，在识别和对待早期运动或感觉发展迟滞的儿童方面，新经验显得更为重要，这有利于他们能力的充分发展。
当前的脑研究仍然强调以下重要的几点：
·运动发展是先天（儿童的生物特性）和后天（经验）相互作用的结果。在母亲怀孕6周时，胎儿就开始发展运动技能了。
·丰富的神经联结与后天经验能够促使婴幼儿的运动更协调，肌肉更发达。
·大脑中不断增加的髓鞘化影响精细运动技能的发展。
·早期经验决定了生命早期大脑神经回路的形成，而且，它对于调整婴幼儿的大脑能力以适应环境等方面也很重要。
