按照現在的科學研究，大約在距今280萬年的上新世晚期，人屬動物產生，在漫長的演化中，曾經存在過的至少16種人屬成員已經滅絕，其中確認為「人」的有6種，包括我們熟悉的直立人、尼安德特人、丹尼索瓦人等等，如今智人作為僅存的一種遍布全球。
那些滅絕的古人類除了已經開始雙足直立行走，很多身體特徵也與我們相差無幾。其中，腦部的變化是他們區別於猿，而被歸為「人」的根本原因。那麼，現代人的腦與這些古人類相比，發生了哪些變化呢？
腦容量和腦指數
在衡量智力時，人們常常會用到腦容量的概念，但已經有許多研究證明了腦容量大小與智商高低雖然有關係，卻並不是決定性的。打個比方，某個動物體型大，它的腦容量可能也較大，但並不代表它的智商高。腦容量簡單說，就是顱骨內腔的大小，它就跟測量一個物體的長寬高以便算出體積一樣，只是個表示容量的數值。
腦本身很難以化石的形式保存，現在發現的最早的腦化石距今僅2600年，而要想找到數十甚至數百萬年前的古人類腦化石，基本上不太可能。研究者們只能根據顱骨內面殘留的軟組織痕跡，對腦的大小、形狀和神經連接進行推測。
除了腦容量以外，在研究古人類腦部時，還會考慮腦指數。腦指數（Encephalization Quotient，EQ）其實是腦與身體的質量比，能反映動物腦的實際大小和同體型生物腦的可能大小的比值。
腦指數和腦容量在推測古人類智力時都有局限性，但是可以作為衡量某一物種智力水平的參考。根據已有的化石資料，古人類開始行走後，腦部就隨之增大，至今已經擴大了近4倍。
從南方古猿到現代人腦部的變化
現代人的體重在大猩猩與黑猩猩之間，而腦容量已經是它們的三倍以上。尼安德特人嬰兒和智人嬰兒出生時的腦容量，便已經與南方古猿的平均腦容量相當。
具體來看，280萬年前的南方古猿，腦容量為400毫升到500毫升，其腦指數與現代大猩猩的水平相當，為1.87到2.5之間；180萬年前的能人，腦容量大約630毫升到680毫升，其腦指數為2.73到3.38之間；30萬年前，直立人的腦容量達到1000毫升以上，腦指數為3.27；20萬年前的智人祖先，腦容量大約1330毫升，腦指數為3.52。
尼安德特人總被拿來與智人比較，它們的腦容量為1200毫升到1750毫升，均值為1445毫升，腦指數為4.04；現代人的腦容量為1290毫升到1600毫升，均值為1490毫升，腦指數為5.27。
其實不僅僅是腦容量和腦指數的變化，大腦皮質中的腦細胞在變多變大、結構也更加複雜、神經元相互之間的聯繫也更加多樣。
我們知道，腦還有大小腦之分，小腦負責協調肌肉運動和保持平衡，大腦則分為左右兩部分，左右腦分工合作。右半腦擅長理解空間關係，可以把抽象複雜的東西具體化，因此有人會說右腦型人是視覺動物，有著很強的創造力；左腦在邏輯思維能力上更優秀，善於對事物進行縝密的分析。古人類顱骨和腦部的研究表明，腦在演化過程中，大小和組織上最顯著的變化都發生在大腦，尤其是隨著大腦半球的擴大，逐漸覆蓋小腦，在此影響下，語言能力也在提升。
可以說，腦部在人類演化中遵循逐漸變大的趨勢，雖然也存在個別古人類的腦容量比現代人大的情況，但是人類大腦處理信息以及解析信號的能力都在逐漸增強。另外，有研究提出近2萬年間，現代人的腦容量從1500毫升下降到了1400毫升，但正如前面所說，腦容量、腦指數都不能作為判定智商高低的標準，大腦可能正在向著高效發展。