물고기는 육상동물과 비교하여 감각기관의 발달이 다르다. 뇌 속에서도 후엽(嗅葉)과 시엽(視葉)이 큰 부분을 차지하고 있어 후각과 시각의 중요성을 나타내고 있다.

⑴ 후각:두부의 선단에 있는 코가 후각의 구실을 한다. 연골어류에는 좌우에 각 l개의 비공(鼻孔)이 있고 일부 종류를 제외하고는 구강(口腔)으로 통해 있으나, 경골어류에서는 구강으로 통하지 않으며, 전비강과 후비강이 좌우에 l쌍씩 있다. 후각은 매우 날카로워서 은연어 ·차위차연어 등은 사람 손의 냄새를 800억분의 l로 희석해도 감지할 수 있다. 또 어류의 회유에 있어 연어류가 산란을 위해 어릴 때 자란 강으로 돌아오는 것은 치어기에 기억된 강물에 대한 후각에 의한다고도 한다.

⑵ 시각:눈은 두부의 좌우에 1쌍이 있으므로 전방의 일정거리보다 앞쪽 이외에는 한쪽 눈으로만 본다. 구조는 다른 척추동물과 비슷하나 일반적으로 안검(眼瞼)이 없고, 수정체는 구형(球形)이다. 눈의 크기는 그 물고기가 사는 수심(水深)에 거의 비례하며, 깊은 곳에 사는 물고기일수록 커지지만 어느 정도 이상의 심해에 사는 물고기는 오히려 눈이 퇴화되어 있다. 가시범위의 파장은 400~750mμ으로 사람과 거의 같은 정도이다.

⑶ 미각:미각을 느끼는 미뢰(味蕾)는 혀에만 있는 것이 아니라 두부의 표면이나 입둘레에도 많이 분포하며, 특히 입수염과 가슴지느러미의 유리극(遊離棘) 등에 많다. 미각을 감지하는 정도는 사람에 비해서 훨씬 민감하여 단맛은 사람의 500배, 짠맛은 180배나 예민하다.

⑷ 청각:청각을 관장하는 귀는 두골 내에 있다. 사람의 귀에는 외이 ·중이 ·내이가 있지만, 물고기에는 외이와 중이가 없고 내이뿐이다. 따라서, 겉으로 보아서는 귀의 위치를 알 수 없기 때문에 물고기에 귀가 있느냐 없느냐 하는 것이 논점이 된 적도 있었다. 내이는 뇌 가까이에 좌우 1쌍 있으며, 각각 3개의 이석(耳石:平衡石)이 있다. 이 중에서 소낭(小囊) 속에 있는 이석이 가장 크며, 이 이석에 의해서 나이도 추정할 수 있다. 외양성인 어류의 이석은 몸에 비해서 작다. 가청범위는 사람과 거의 같으나, 저음에는 물고기가 더 민감하고, 고음은 사람에게는 들려도 물고기는 느끼지 못한다.

⑸ 기타 감각기관:물고기의 몸 옆구리에는 대부분 측선(側線)이라고 하는 어류 특유의 구멍이 뚫린 비늘이 한 줄로 줄지어 있다. 이 구멍은 비늘 한가운데를 비스듬히 뚫고 피부 밑에 있는 측선신경에 연결되어 있다. 측선은 수온 ·자극압 ·촉각 ·수류 ·진동 등의 물리적 자극은 잘 느끼나 화학적 자극은 느끼지 못한다.