Au sein des primates, la taille du cerveau augmente en relation avec la masse corporelle. L’homme cependant présente un accroissement cérébral très supérieur à celui observé chez les grands singes. L’encéphale humain est de 5 à 6 fois plus grand que ce qui est attendu chez un mammifère moyen de taille équivalente. C’est essentiellement au cours du dernier demi-million d’années que cette évolution s’est accélérée, avec une augmentation du volume de l’encéphale sans relation avec un accroissement significatif de la taille du corps. Le cerveau est particulièrement coûteux du point de vue énergétique. Alors qu’il ne représente chez l’adulte qu’environ 2 % de la masse corporelle totale, il consomme autour de 20 % du métabolisme basal. Cette proportion est beaucoup plus élevée chez le jeune enfant. Elle culmine au-dessus de 65 % du métabolisme basal, autour de cinq ans. À cet âge, la croissance somatique est encore assez faible, tandis que le cerveau a déjà pratiquement atteint sa taille adulte. Ces conditions extraordinaires au sein des mammifères ont été rendues possibles dans le genre Homo par une amélioration très marquée de la qualité de la nourriture, avec notamment la consommation de viande et de graisse.
Par ailleurs, d’importantes redistributions d’énergie au bénéfice du cerveau se sont opérées au cours de l’évolution humaine par la réduction des coûts énergétiques de la locomotion, de l’alimentation et de la reproduction. Un aspect très particulier du développement humain est la taille relativement faible du cerveau à la naissance en proportion de sa taille adulte. Cette adaptation répond aux contraintes obstétricales et aux contraintes énergétiques qui s’imposent la mère. Elle a pour conséquence le fait que le cerveau en développement du jeune enfant est exposé après la naissance à de nombreux stimuli extérieurs et cela pendant une longue période. Sa maturation dure d’ailleurs bien au-delà de sa croissance volumétrique, jusqu’après l’adolescence. Au sein des formes fossiles, il semble qu’un mode de développement pleinement comparable à celui des hommes actuels ne se soit mis en place qu’assez récemment, et seulement dans la lignée de l’Homo sapiens.
