青少年的行为具有冒险性、攻击性，有时还很无厘头，科学家一度认为这是人类大脑存在缺陷所致。但近10年来，一些突破性的研究提出了不同观点，认为这些行为并不是由大脑缺陷所致，也不是因为大脑尚未成熟，而是进化使然——青少年大脑同儿童或成人的大脑在功能上有所不同。
青少年大脑的最显著特征，是通过调整脑区间的网络连接来适应环境变化的能力。这种特殊的可变性（或称可塑性），是
一把双刃剑，既有利于青少年在认知思维和适应社会化方面取得巨大进步，但同时也容易催生危险行为和严重精神疾病。
最近的研究表明，高风险行为源于大脑边缘系统（limbic system）与前额叶皮层（prefrontal cortex）神经网络发育上的不匹配，前者驱动情绪产生，在青春期期间快速发育，而后者发育相对较晚，主要负责提供合理判断和冲动控制。现在已经确知，前额叶皮层到20岁左右才能完全发育成熟，而如今青春期却在不断提前，所以这种不匹配的时间跨度正在延长。
磁共振成像（MRI）的出现，终于提供了一种安全和准确的方法，来揭示全年龄段人群大脑的解剖和生理特性。目前出现的一致结论是，青少年大脑的成熟不在于脑区变大，而在于不同区域联系越来越紧密，以及脑区功能的特化。神经元（黄色）和由髓鞘质构成的髓鞘（紫红色柱状）在磁共振成像扫描中，白质体积的增加代表着脑区间联系的增强。白质的
“白”，来自于一种称为髓鞘质（myelin）的脂质，神经元胞体伸出的长长轴突由于髓鞘的包裹而与外界隔离。脂质髓鞘的形成贯穿整个大脑发育期，作用是大大加快神经元间信息的传导速度。有髓鞘轴突的神经信号传导速度，可百倍于无髓鞘轴突。
青少年大脑最显著的变化不是脑区的成长，而是神经元集群之间交流的增多。同时，某些特定区域内的联系会增多（绿圈变大）。这些变化最终将帮助大脑成熟，并胜任复杂思考和社会交际。
轴突髓鞘化可以加速大脑信息处理的另一个原因是，髓鞘可以帮助轴突在放电后迅速复原待用。恢复期变短，可以使特定神经元信息传递速度提高30倍。传输加快加上恢复期短，两者结合的结果最终可使成人期的脑数据带宽较婴儿期提高3000倍，从而可以在脑区间建立起广泛而精密的网络。
最近的研究又发现了髓鞘的另一个微妙作用。神经元接收其他神经元传来的信号，但只有当输入的信号超过一定阈值，才会放电将信息传递出去。
而一旦神经元放电，就会启动一系列分子反应，加强该神经元与输入神经元之间的突触连接。这种突触加强是大脑学习的基础机制。科学家现在发现，要让远处和近处神经元的信号同时到达，必须精确控制信息传递时间，而髓鞘在其中起到重要作用。儿童进入青春期以后，髓鞘的快速扩张，能加速参与协调处于不同认知任务中的各个脑区。
青春期期间，除了白质加速产生，还有一个重要的变化。大脑发育和其他复杂的自然过程一样，都会经历一个先过量生产，然后再进行选择性消除的连环过程。就像米开朗基罗的大卫像从一整块大理石中慢慢凸显出来一样，认知的发展也是在弃除无用和适应性不好的脑细胞连接后，才逐渐成型。与此同时，常用的连接会被强化。尽管消除和强化的过程会伴随人的一生，但青春期期间，重心偏向消除过程，大脑会按照环境需要自行重塑。
随着神经元间无用连接的消除，特化逐渐形成，大脑灰质开始减少。灰质包括大量无髓鞘结构，如神经元胞体、树突（从胞体伸出的触角状突起，用于接收其他神经元传来的信息）和特定轴突。总的来说，儿童期灰质大量增加，10岁左右达到峰值，进入青春期后又逐渐减少，成年期间基本稳定，到老年期还会进一步下降。
与此模式类似的，还有神经元上受体元件的密度变化情况，此处的受体主要是指神经递质（如多巴胺、5-羟色胺和谷氨酸等）受体，这些递质能够调节脑细胞间的交流。
前额叶皮层的一项重要功能，是根据过往的经验对未来进行假设性预判的能力。前额叶皮层也是参与社会认知的重要区域，其中包括学会驾驭复杂社交关系、辨别敌友、在群体内寻求保护，以及实现青春期的基本目标——吸引配偶。因此，青春期的显著特点是灰质和白质的变化。
随着大脑逐渐成熟，这些变化改变了脑区之间的网络连接。前额叶皮层也参与了青春期的各种行为调控，只是功能尚未到达最佳状态。因为这个脑区要到20岁左右才会完全成熟，所以青少年容易冲动，也不能很好权衡风险和报酬。
在激素的作用下，边缘系统从青春期开始（一般是10到12岁）发生显著变化。边缘系统负责调节情绪以及对回报的反应，并和前额叶皮层协同作用，使得青春期少年更爱追求刺激、爱冒险、爱和朋友相处。这些行为都有着深深的生物学基础，在所有社会性哺乳动物身上都能看到。
“初生牛犊不怕虎”，青少年向往脱离安全舒适的家庭、探索新环境、寻求外界关系。这些行为能减少近亲繁殖的可能性，创造遗传上更健康的群体，但也会带来相当大的危险。尤其是在现代社会，人们面临众多诱惑。如果没有理智判断的约束，更是容易出危险。
最终决定青少年行为的，既不单是调控功能的晚发育，也不单是冲动行为的早发生，而关键在于两者之间的不匹配。青少年的情绪化是边缘系统造成的，而前额叶皮层的控制功能要到25岁左右才完全成熟，这中间有近十年的时间，情绪冲动和深思熟虑之间处于失衡状态。
大脑保持可塑性时间的延长在给人类带来诸多益处的同时，也带来一些弊病。青春期是精神疾病的高发期，其中包括焦虑症、双相情感障碍、抑郁症、进食障碍、精神错乱和药物滥用。50%的精神病症从14岁开始出现苗头，75%在24岁首次发病。青少年大脑的典型变化与精神病症之间的关系很复杂，其中潜在的根本关联可能是
“移物易损”（moving parts get broken）。
在其他很多方面，青少年时期是人一生中最健康的时期，比如免疫系统、对癌症的抵抗能力、对冷热的耐受度等，都处于人生的最佳水平。然而尽管身体健康，但发生重大疾病和死亡的比率却比儿童高2到3倍。机动车事故是青少年的头号死因，占死亡总数的一半。他杀和自杀分列第二、三位。此外，青少年意外怀孕、患上性传播疾病和违法入狱的比率也很高，这些都会带来严重的终身后果。
对年轻人自身而言，了解与青春期相关的神经科学新知，应该能激励他们更愿意去磨砺大脑，培养出希望在未来人生中擅长的能力。与家长们所处时代不同，未来社会信息量巨大，现在的青少年有绝佳的机会来塑造自己的特性，根据自己的选择来优化大脑。