Найхарактернішою подією третього тижня розвитку є гаструляція – процес утворення трьох зародкових листків (ектодерми, мезодерми та ендодерми) ембріона. Гаструляція починається з формування первинної смужки на поверхні епібласта. Спочатку смужка виражена слабо, але у 15-16-добового ембріона вона має вигляд чіткої вузької борозни з дещо випуклими з обох боків ділянками. Головний кінець смужки, відомий під назвою первинного вузлика, має вигляд дещо опуклої ділянки навколо невеликої первинної ямки. Клітини епібласта мігрують у напрямку первинної смужки. Після досягнення первинної смужки вони набувають пляшкоподібної форми, відокремлюються від епібласта і зіслизають під нього. Цей процес має назву інвагінації. Після здійснення інвагінації деякі клітини зміщують гіпобласт, формуючи ендодерму зародка, у той час як решта лишаються лежати між епібластом та новоствореною ендодермою, формуючи мезодерму. Клітини, які залишаються у складі епібласта, утворюють ектодерму. Отже, епібласт у процесі гаструляції дає початок усім зародковим шарам ембріона. Перед початком і в процесі гаструляції відбувається становлення осей тіла.
Ембріональний диск, спочатку плоский та майже круглий, поступово стає продовгуватим з широким головним (цефальним) та вузьким (каудальним) хвостовим кінцем. Розширення ембріонального диска відбувається переважно в головному кінці. Ділянка первинної смужки залишається практично однакового розміру. Ріст та видовження головного відділу диска спричинені постійною міграцією клітин з первинної смужки та їх наступна міграція вперед і латерально тривають до кінця четвертого тижня. Далі первинна смужка виявляє ознаки регресії, швидко вкорочується та зникає.
Тератогенез, пов’язаний з гаструляцією. Початок третього тижня розвитку, коли настає гаструляція, є надзвичайно чутливим періодом щодо тератогенних впливів. У цей час відбувається закладення різноманітних систем організму, таких як очі та мозок, і ці популяції клітин можуть бути пошкодженими тератогенами. Наприклад, високі дози алкоголю на цій стадії убивають клітини переднього кінця серединної лінії диска, що приводить до голопрозенцефалії. У такої дитини малий передній мозок, два латеральні шлуночки часто зливаються у єдиний шлуночок, а очі розміщені близько одне до одного (гіпотелоризм). Гаструляція починається через два тижні після запліднення, або приблизно через чотири тижні від останньої менструації. Отже, жінка може не усвідомлювати своєї вагітності, припускаючи, що менструація запізнюється, але скоро почнеться. Тому вона не буде дотримуватися тих запобіжних заходів, яких би дотримувалася, знаючи про свою вагітність.
Процес гаструляції може порушуватися генетичними та тератогенними чинниками. Каудальний дисгенез (сиреномелія) є синдромом, в основі якого лежить недостатність утворення мезодерми в крайньому каудальному відділі ембріона. Оскільки з цієї мезодерми формуються нижні кінцівки, сечостатева система (проміжна мезодерма) та попереково-крижові хребці, вираженими є зміни саме цих структур. Такі діти мають низку різноманітних дефектів, включаючи гіпоплазію та злиття нижніх кінцівок, аномалії хребців, агенезію нирок, зарощений анальний отвір та аномалії статевих органів. Ця вада розвитку може бути пов’язана з діабетом матері.
Іноді залишки первинної смужки персистують у крижово-куприковій ділянці. Ці скупчення поліпотентних клітин проліферують і утворюють пухлини, відомі як крижово-куприкові тератоми. Останні часто містять тканини, що походять з усіх трьох зародкових листків. Ці пухлини є найпоширенішими у новонароджених: трапляються вони з частотою 1 на 37000.
