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颈由第2对、第3对、第4对、第6对鳃弓（branchial arch）发育而成。胚胎第4～5周，第2对鳃弓迅速向尾侧生长并越过第3对、第4对、第6对鳃弓，最后与心隆起上缘愈合。第2对鳃弓与其深部第3对、第4对、第6对鳃弓之间的间隙称颈窦。随着第2对鳃弓与深部其他鳃弓的愈合，颈窦闭锁消失。随着鳃弓的分化，食管、气管的伸长及心脏位置的下降，颈部逐渐延长成形。
头颈部的许多结构与鳃器（branchial apparatus）发生密切相关，包括鳃弓、咽囊、鳃沟和鳃膜。这些结构在胚胎时期短暂存在，同时在发育过程中形态发生巨大的改变。尽管在成人原始胚胎形态已无法辨认，但了解鳃器发育为理解其衍生组织器官的形态提供了基础，并且能够加深对鳃器发育障碍而导致的各种先天性异常发病机制的理解。
在鳃弓完全出现之前，胚体中胚层在子宫内形成体节和体节段。事实上，直到晚期体节发育阶段（宫内第4周）才能清楚地看到鳃弓。从胚胎第21日开始，胚胎发育的主要事件是分化为脑、脊髓等神经板的折叠，持续约10日。此阶段之后，脊索两侧中胚层由内向外分化为三个细胞索，即轴旁中胚层、间介中胚层和侧中胚层。侧中胚层有助于胚胎体腔壁的发育，并进一步分化为胸膜、心包和腹膜腔；在头颈部，侧中胚层分化形成咽、喉的部分结构，如气管软骨及其周围结缔组织，以及形成头颈部血管的前体组织等。中间中胚层不分化为头颈部结构，而是协助形成性腺、肾和肾上腺皮质。位于脊索旁的轴旁中胚层分化为纹状体支配的所有横纹肌。胚胎发育至20日左右，轴旁中胚层旁节段性增生，在头端发育为7个不完全分隔的喙状躯体体节，在尾端发育为42～44对独立的体节，包括4对枕节、8对颈节、12对胸节、5对腰节、5对骶节、8～10对尾节。体节将主要分化为背侧的皮肤、骨骼肌和中轴骨骼（如脊柱）。
每个体节可分为3部分，包括腹内侧部、外侧部、中间部。体节的腹内侧部发育为脊柱。由于脊索分泌的前胶原和胶原，部分成骨细胞被诱导转化为软骨。体节的外侧部发育为真皮和表皮。体节的中间部主要分化为躯干和四肢的肌肉及部分头面部肌肉。
肌节细胞和肌体首先形成原始肌细胞，即成肌细胞，然后分裂和融合形成肌管。肌管停止有丝分裂，变成肌细胞或肌纤维。尽管大多数肌纤维在出生前已经发育完成，但婴儿早期它们的长度仍在增加。肌纤维受运动神经支配，神经刺激肌肉活动进而使肌纤维肥大生长。颅面部肌肉由轴旁中胚层发育而来，这些中胚层细胞短暂地存在于7个躯体体节及最上方的5个独立体节中。此部位衍生的肌肉按发生顺序受脑神经支配。4对眼外肌（上直肌、内直肌、下直肌和下斜肌）由第1、2躯体体节产生，受第Ⅲ对脑神经（动眼神经）支配（第Ⅰ对、第Ⅱ对脑神经，即嗅神经和视神经，不是真正意义上的神经，而是神经纤维束）。上斜肌由第3躯体体节发育而来，受第Ⅳ对脑神经（滑车神经）支配。第4躯体体节的肌球侵入第1对鳃弓，并发展成由第Ⅴ对脑神经（三叉神经）支配的咀嚼肌（咬肌、翼内肌、翼外肌和颞肌）。外直肌来自第5躯体体节，由第Ⅵ对脑神经（展神经）支配。第6躯体体节的肌球侵入第2对鳃弓，形成由第Ⅶ对脑神经（面神经）支配的面部肌肉。第7躯体体节形成茎突咽肌，由第Ⅸ对脑神经支配（舌咽神经）
目前对独立体节发育的了解远不如躯体体节清晰。前4个体节（枕节）的肌体可能延伸至第4对鳃弓、第5对鳃弓（仍有争论）和第6对鳃弓，同时将第Ⅹ对脑神经（迷走神经）和第Ⅺ对脑神经（副神经颅根）连接到喉内外肌。舌肌的前体可能源于第2～4枕节，由第Ⅻ对脑神经（舌下神经）支配，该神经迁移到舌内支配舌内肌和舌外肌。第3～7躯体体节的衍生肌肉，由第Ⅺ对脑神经的脊髓根支配（神经纤维来自副神经脊髓核，而不是来自疑核），支配胸锁乳突肌和斜方肌。
总之，头颈部的发生是一个由头侧至尾侧的顺序发展过程。随着肌肉的形成，头颈部的支配神经和供应血管也在发展，并且随着肌肉从其起源部位迁移而相应延伸。当肌纤维分化时，它们会附着在骨骼上，这一过程与骨膜生长有关。
鳃器在胚胎发育的第4周能够被识别，在第6～7周发育完成。鳃弓是鳃器（包括鳃弓、咽囊、鳃沟和鳃膜）的主要组成部分。鳃弓是指早期人胚头部两侧间充质增生而逐渐形成左右对称、背腹方向的6对柱状隆起。鳃弓是一个短暂存在的胚胎结构，随着发育衍生为诸多头颈部结构，类似于鱼的鳃（鳃弓是与鱼和未成熟两栖类动物鳃前体的同源结构）。
鳃弓的发育启动可能来源于腹侧迁移的神经嵴细胞与侧向延伸围绕主动脉弓6个动脉的腹侧内胚层相互作用，引起外侧中胚层和腹侧前肠分离，原始咽两侧的间充质细胞迅速增生，形成5对背腹走向且左右对称的弓状隆起。然后通过迁移围绕中胚层的神经嵴细胞来增强每个鳃弓的初始中胚层核心。中胚层衍生为形成肌肉的成肌细胞，而神经嵴细胞发育为骨骼和结缔组织。
外胚层覆盖的鳃弓外侧被鳃裂分开。鳃弓发生的同时，原始消化管头段（原始咽）侧壁内胚层向外膨出，形成左右5对囊状突起，称咽囊。实际上，尚不清楚第5对鳃弓是否在人类出现。部分学者认为在发育过程中第5对鳃弓没有明显出现，而是隐藏在喉气管起源部位周围。鳃弓从头部到尾部逐渐减小，与对侧鳃弓在中线融合。因此，有5对可见的鳃弓，从头侧到尾侧依次为第1对、第2对、第3对、第4对和第6对鳃弓。鳃弓在胚胎的侧面轮廓上很突出。每个鳃弓之间都有一个鳃沟。鳃沟外胚层形成一层薄的双层闭合膜称为鳃膜，鳃膜在鳃沟底和咽囊顶的内胚层相贴，其他部位中胚层分离鳃膜的外胚层和内胚层。
鼓膜源于第一鳃膜，是成人唯一的鳃膜结构。需注意的是，鳃沟与前肠腔不相通，这与鱼的鳃器相同。每个鳃弓均包含一个中央软骨棒、一条神经和一条弓动脉，与神经嵴组织不同，中央软骨棒形成鳃弓的骨架，在发育过程中发育为骨、软骨或韧带结构。弓动脉围绕着发育中的咽从心脏腹侧连接到背主动脉。神经将支配从鳃弓中产生的肌肉运动并管理黏膜的感觉，这些神经由一条或多条脑神经的一般感觉和特殊内脏运动纤维组成。尽管部分鳃弓衍生的肌肉在发育过程中从起源部位发生迁移，但这些肌肉的神经支配保持不变，由于肌肉的迁移“拖拽”了支配它们的神经，导致许多脑神经走行迂曲。
咽囊是原始咽侧壁向外凹陷形成的囊状突起，共5对，随着胚胎发育，将演变为一些重要器官。
第1对咽囊：外侧份膨大，形成中耳鼓室，其外侧的鳃膜形成鼓膜，第1鳃沟形成外耳道。内侧份伸长，形成咽鼓管。
第2对咽囊：外侧份退化；内侧份残留的浅窝形成腭扁桃体窝，其内胚层分化为扁桃体表面上皮。
第3对咽囊：腹侧份上皮细胞增生，形成一对向尾侧生长的细胞索，其尾段在胸骨背侧合并，形成胸腺。背侧份上皮细胞增生并随胸腺下移至甲状腺背侧，形成下一对甲状旁腺。
第4对咽囊：腹侧份退化；背侧份上皮细胞增生并迁移至甲状腺背侧，形成1对上甲状旁腺。
第5对咽囊：形成一小团细胞，称后鳃体。一般认为，后鳃体的细胞将迁入甲状腺，分化为滤泡旁细胞；但也有人认为，滤泡旁细胞由迁移来的神经嵴细胞分化而成。
一般认为胸腺主要源于第3对咽囊、第4对咽囊的内胚层，同时第2鳃沟、第3鳃沟、第4鳃沟的外胚层也参与其形成，内胚层细胞可能分化形成胸腺髓质的球形上皮细胞，而外胚层细胞则分化为皮质和髓质的星形上皮细胞。在胚胎第23日左右，上述咽囊和鳃沟的内、外胚层细胞和相关的神经嵴来源的间充质相互作用，从而启动胸腺的发生。胸腺的发生约始于胚胎第6周末，先是第3对咽囊的腹侧份上皮细胞及与其相对的鳃沟外胚层上皮细胞增生，形成左右两条细胞索。两条细胞索向胚体尾端伸长，沿胸骨后降入纵隔，与心包膜壁层相接触并在甲状腺和甲状旁腺的尾侧向中线靠拢、融合，形成胸腺的原基。细胞索的根部则退化消失。在向尾侧和前外侧生长过程中，内胚层细胞被间充质细胞和外胚层细胞所包绕。
胚胎6～8周时，胸腺实质尚未分成小叶，也无皮质和髓质之分，仅表面被一层基膜包裹。胸腺原基最初呈中空管状，由于上皮细胞增殖迅速，管腔被堵塞变为实心细胞索。细胞索在其周围的间充质内分支生长，每一旁支即为一个胸腺小叶的始基。上皮索的细胞在间质中形成网状上皮，上皮索间的间充质形成不完整的小隔。随着胸腺的下降，腺体内出现血管。小叶间结缔组织内的血管和与之相伴的神经纤维逐渐向胸腺内部生长。第9周时，淋巴祖细胞迁入胸腺，分布于网状上皮细胞之间的间隙，并迅速分裂增殖，分化为胸腺细胞。第10～12周时，血管和神经已到达分化中的髓质，巨噬细胞的前体细胞也进入胸腺。这时，胸腺的小叶状结构及皮质和髓质分界已渐明显，皮质分内、外二区，外皮质色浅，为淋巴细胞增殖区。胸腺小叶分隔不完整，相邻小叶的髓质在深部相互连接。
上下两对甲状旁腺原基出现于胚胎第5周。第3对咽囊的背侧壁细胞增生，形成细胞团，最初与胸腺原基相连，于胚胎第7周脱离咽壁并随其腹侧的胸腺下降至甲状腺下端背面，形成下甲状旁腺。与此同时，第4对咽囊背侧壁的细胞增生，并随甲状腺下移，附着在甲状腺的上端背面，形成上甲状旁腺，其移动距离较下甲状旁腺短。原来这两对原基起始部位的上、下关系，经迁移后发生了颠倒。上、下甲状旁腺发育分化过程基本相同。胚胎前3个月，甲状旁腺发育缓慢，3个月以后则迅速发育。
胚胎第4周末，咽底中央形成一个较小的隆起，称奇结节或正中舌芽，在奇结节前方两侧各形成一个较大的隆起，称侧舌膨大或远侧舌芽。这3个隆起均由第1对鳃弓的间充质增生而成。在奇结节的背侧，由第2对、第3对、第4对鳃弓的间充质增生形成的另一个隆起称联合突或鳃下隆起。两个侧舌膨大生长迅速，越过奇结节并在中线融合，形成舌的前2/3即舌体，奇结节仅形成盲孔前舌体的一小部分或退化消失，不形成任何结构。第5～6周，联合突的第3对鳃弓来源部分生长迅速，覆盖于第2对鳃弓来源部分的上方，形成舌的后1/3即舌根。舌体与舌根的融合处留有一个“V”形沟，称界沟，其顶点有一浅窝，称盲孔，是甲状舌管的起始端。舌体上皮来自口凹外胚层，舌根上皮则来自咽壁内胚层；舌内结缔组织来自鳃弓间充质；舌肌主要来自枕部体节的生肌节。
甲状腺起源于内胚层，是胚胎内分泌腺中出现最早的腺体。胚胎第4周初在原始咽底正中处，相当于第1对咽囊平面的奇结节尾侧，内胚层细胞增生，形成甲状腺原基。它向尾侧生长，在第1对、第2对咽囊平面处分为两个芽突。约在第4周末，芽突继续向颈下方生长，其根部仅通过细长的甲状舌管与原始咽底壁相连。甲状舌管在第6周开始萎缩退化，在舌根部残留盲孔。随着原基的进一步分化发育，左、右芽突的末端细胞增生，形成左、右两个细胞团，演变为甲状腺的两个侧叶，其中间部成为峡部。到第7周时，甲状腺抵达其最终位置。
甲状腺原基的左右两个芽突由迂曲的细胞索构成。胚胎第10周后，细胞索相继断裂，形成若干细胞团。然后，细胞之间出现间隙，间隙逐渐融合成一个大的空腔，于是细胞团变成了小滤泡。胚胎第12周后滤泡中开始出现胶体物质。第13～14周时，滤泡腔明显增大，腔内充满嗜酸性的胶样物质，滤泡上皮呈立方形，滤泡周围的结缔组织中有丰富的血管。细胞聚碘能力在滤泡形成前即已开始，碘化过程则出现在滤泡细胞分化之后。胎儿甲状腺已有合成和分泌甲状腺素的能力，可促进胎儿骨骼和中枢神经系统发育，对胎儿发育起着重要作用。
胚胎第4周时，原始咽尾端底壁正中出现一纵行沟，称喉气管沟。后者逐渐加深，形成一长形盲囊，称喉气管憩室。喉气管憩室位于食管的腹侧，两者之间的间充质隔称气管食管隔。喉气管憩室的上端发育为喉，中段发育为气管；末端膨大，形成两个分支，称肺芽，是主支气管和肺的原基。
大唾液腺共有3对，即腮腺、下颌下腺和舌下腺。腮腺起源于原始口腔的外胚层，下颌下腺和舌下腺则起源于原始咽底壁的内胚层。腮腺原基在第6周中期发生于上颌突和下颌突之间，下颌下腺原基在第6周末发生于口腔底，舌下腺原基在第7周末发生于舌旁沟。
各唾液腺的发生过程大致相同。在将要发生腺体的部位，上皮细胞增殖并下陷到间充质内，形成上皮细胞索。上皮细胞索的远端反复分支，每个分支的末端膨大为球形细胞团。这些分支状细胞索内逐渐出现管腔，最终发育为唾液腺的各级导管；末端的细胞团最终发育为腺泡。唾液腺的被膜和腺体内的结缔组织支架来自上皮细胞索周围的间充质。
人类胚胎发育过程中可出现种系发生过程中的某些痕迹，如早期人类胚胎的头部与早期鱼胚胎的头部相似，虽然人已没有鳃的形成，但在人类胚胎发育过程中，早期仍有鳃器的出现。颈部的某些先天性发育畸形都与鳃器的发育有关。
第2对鳃弓在胚胎第6周生长迅速，超过第3对、第4对鳃弓，与颈下部融合，其间留下的空隙即颈窦。颈窦衬贴外胚层上皮，在正常情况下，颈窦形成不久将消失，若颈窦残留，则形成鳃囊肿（或称颈侧囊肿）。在鳃器的结构上，外有鳃沟，内有鳃囊，若残留的颈窦与外面的鳃沟或内面的鳃囊相通，即形成不完全的外鳃窦或内鳃窦；若与鳃沟和鳃囊均相通，则形成完全贯通的鳃瘘，其内口一般在成体的扁桃体窝或腭咽弓附近，即第2对咽囊所在。
鳃囊肿或鳃瘘常位于下颌角下方，向下沿胸锁乳突肌前缘排列。因颈窦衬贴上皮，能分泌黏液，故可作为囊肿诊断性穿刺的佐证，痿管外口亦有间歇性黏液分泌。窦道反复感染有恶变的可能。手术切除时，须彻底清除衬贴的上皮，以免复发。鳃瘘的通道在颈部穿过颈内、外动脉之间，手术清除时要注意保护后者。
甲状腺出现于胚胎第4周，由原始咽腹侧壁中线上第1对、第2对鳃弓处的奇结节与联合突间的内胚层细胞增生成为甲状腺原基，位置相当于成人的舌盲孔处。此原基不久即下降穿入深面的中胚层，形成一盲管，即甲状舌管。甲状腺原基向下延伸，形成带腔的上皮细胞索，其下部发育成甲状腺侧叶和峡部的大部分。甲状舌管多在胚胎第5～6周消失，在正常情况下，此管上端的遗迹成为舌盲孔，下端演化为锥状叶。
当发育异常时，甲状舌管下行沿线的任何地方皆可残留而形成甲状舌管囊肿，故囊肿可出现于舌根盲孔至颈静脉切迹间的任何一点。囊肿一般在颈部正中线，若囊肿较大，则可偏向一侧。囊内液体常为上皮细胞脱落、液化或炎性产物，并非由囊壁分泌。囊肿因反复炎症而逐渐增大，有时在颈部可出现窦道开口，形成甲状舌管痿或甲状舌管窦。
异位甲状腺组织同样也是甲状舌管沿线上残留的组织，多见于舌根部，紧邻盲孔的后方，其亦可存在甲状腺相关的疾病。
胸腺和甲状旁腺来自第3对咽囊和第4对咽囊。第3对咽囊和第4对咽囊的远侧部末端均可分为背翼和腹翼2部分，其中背翼分化为甲状旁腺组织，第3对咽囊的腹翼分化为胸腺组织，而第4对咽囊的腹翼是否参与两腺体的形成尚存争议。人胚胎第6周，由第3对咽囊背翼发育的甲状旁腺，随腹翼发育而成的胸腺向尾侧迁移。
因胸腺的大部分迅速移向胸部，同时也将背翼向下拉至较低处。故第3对咽囊背翼组织移至第4对咽囊背翼组织的下方，形成1对下甲状旁腺；而第4对咽囊背翼组织下移较少，形成1对上甲状旁腺。
在发育过程中，若有部分胸腺组织在下降途中残留在颈部，即形成颈部异位胸腺或称副胸腺组织。同样，甲状旁腺亦可能停留在较高位置或继续随胸腺下移至胸腔上部，形成颈部高位或胸部低位的甲状旁腺。而甲状旁腺的数目可因背翼原始组织多余的分裂而增加，亦可因背翼原始组织发育不良而减少，从而出现甲状旁腺多于或少于4个的变异。