Das große Gehirn gehört zu den hervorstechendsten Merkmalen des Menschen. Es hat sich im Laufe der menschlichen Evolution deutlich vergrößert, und diese Volumenzunahme wird durch eine Vergrößerung der Oberfläche durch kortikale Faltungen (Gyri und Sulci) ergänzt. Fehler bei der kortikalen Faltung sind oft mit schweren neurologischen Erkrankungen verbunden und lassen sich auf Mutationen in verschiedenen Genen zurückführen. Die Gehirngröße wird in erster Linie durch die Vergrößerung des Pools der neuronalen Vorläuferzellen der Neurogenese und deren zeitlicher Verlängerung hervorgerufen. Wir kennen viele Gene, die im Laufe der menschlichen Evolution durch Duplikationen oder Mutationen in regulatorischen Regionen neue Funktionen in der Gehirnentwicklung erhalten haben. Mutationen in diesen Genen führen oft zu Schizophrenie oder Erkrankungen aus dem Autismus-Spektrum. Mikrozephalie ist eine erbliche Erkrankung, die zu einem deutlich verminderten Kopfumfang führt; meistens ist vor allem der präfrontale Cortex betroffen. Viele Mikrozephalie-Gene zeigen humanspezifische Veränderungen während der Evolution. Es gibt geschlechtsspezifische Unterschiede in der Größe einzelner Gehirnregionen sowie im Expressionsmuster einzelner Gene. Darunter sind vor allem solche, die sich aus der unterschiedlichen chromosomalen Zusammensetzung (XY vs. XX) ergeben sowie solche, die durch geschlechtsspezifische Hormone reguliert werden. Es gibt eine Reihe neurologischer Erkrankungen, die geschlechtsspezifisch auftreten. Die verantwortlichen Gene dazu liegen oft auf dem X-Chromosom und sind bei hemizygoten Mutationen für Jungen letal (z. B. das Rett-Syndrom). Bei Erkrankungen aus dem Autismus-Spektrum sind Jungen 3–4-mal häufiger betroffen als Mädchen; hier sind die genetischen Ursachen unbekannt. Die Erblichkeit von Intelligenz liegt zwischen 50–80 % und ist eines der am stärksten erblichen Verhaltensmerkmale. Wir kennen inzwischen viele Gene, die mit menschlicher Intelligenz assoziiert sind – es gibt aber kein Intelligenz-Gen.