A kutya öt érzékszervének működése eltér az emberétől. Szaglásuk érzékeny, kifinomult, ez az állat legfejlettebb érzékszerve. Emiatt használnak kutyákat eltűnt személyek vagy kábítószerek és robbanóanyagok felkutatására. Néhány fajtának fejlettebb a szaglása, mint másoknak: a német juhászoknak és a vérebeknek pl. sokkal hatékonyabb, mint a rövid orrú fajtáknak (pl. mopsz). Úgy becsülik, hogy a kutyák szaglása legalább százszor jobb, mint az emberé. A kutyáknak általában kétszázmillió szaglóreceptoruk van (az embereknek ötmillió), és agyuk szaglásér felelős része is arányosan nagyobb.Az orruk köztudottan nedves, ez elősegíti a szaganyag érzékelését, és továbbítását az orrnyálkahártyához, amely az orrban található vékony csontlemezkék felületét borítja. Ezen a tekervényes lemezfelületen megtapad az illatanyag, és ez indítja az ingert az agy szaglóközpontjába. A Jacobson - féle szerv az orrüreg nyálkahártyája alatt lévő vakon végződő járat, amelynek a szájpadlás felé is van kivezető nyílása. Fontos szerepet tölt be a nemi illatok érzékelésében és a megfelelő partner megtalálásában.A testszagok a kutya testén található különféle mirigyek váladékától származhatnak (nyál, fülváladék, végbélnyílásnál és a farok tövénél lévő mirigyek). Ezek mindegyike információt nyújt az állat nemi állapotáról, illetve ezekkel jelöli ki területét is. A bűzmirigyek minden ürítés után ferromongazdag váladékot ürítenek, amely oly egyedi, mint az embereknél az ujjlenyomat. A szaglással ellentétben a kutya ízérzékelése nagyon gyenge. Az emberreknek hatszor annyi ízlelőbimbója van, mint a kutyáknak. A kutyák nyelve érdesnek tűnik, mivel felülete tele van apró dudorokkal, papillákkal, amelyeken az ízlelőreceptorok helyezkednek el. Ha magukra hagyják őket, és egyedül kell megszerezniük a táplálékot, a kutyák majdnem mindent megesznek. Elsősorban a szaga alapján közelítenek a táplálékhoz, aztán az ízlelő és a tapintó receptorok veszik át a szerepet. A savas, illetve savanyú ízeket az egész nyelvükön, az édeset a nyelv oldalán, a sósat az oldalán és az alján érzékelik.A kutyák hallás nagyon éles. Képesek az ember által hallható frekvenciasávon túl is meghallani hangokat, gyakran nagy távolságból is. Sok ősi fajtának nagy, felálló fülei vannak, és a legtöbb kutya mozgatni is tudja azt, ami hozzájárul ahhoz, hogy akár négyszer olyan távolról is meghalljanak hangokat, mint az ember.A kutyák érzékenyek az érintésre. A pofájuk körüli bajuszszálakat - amelyeket akaratlagosan tudnak mozgatni - nagyon sok idegrost kapcsolódik, és így még a levegő áramlását is érzékelik. Az egymás közötti kommunikációban az érintést és a szaglást is használják, így a fajtársakkal való kapcsolatteremtésben az érintés fontos szerepet játszik. A kutyák összebújnak, hogy melegítsék egymást, nyalogatják és pofozgatják társaikat a dominancia-viszonyok kialakításakor.Látásuk kevésbé éles, mint a szaglásuk. Arányaiban nagyobb szaruhártyájuk van, mint az embereknek, ezért éjszaka igen jól látnak. A retina központi részén lévő csapok és pálcikák (látóreceptorok) száma és aránya kevésbé éles és kevésbé jó színlátást tesz lehetővé. Szemük elhelyezkedése fajtánként változik. Sok vadászkutya - mint a whippetek és az agarak - szeme a koponya oldalán helyezkedik el, ami jó perifériás látást biztosít a vad űzésében. Más fajták szemei - mint pl. a vérebek és a boxerek - inkább a koponya elülső részén foglal helyet, ami viszont jó térlátást biztosít számukra. A kutyáknak van egy ún. "harmadik szemhéjuk" is, ami tulajdonképpen egy nyálkahártya-kettőzet a belső szemzugban, ami védi a szemet. Ezt nem tudják akaratlagosan mozgatni, de ha szemüket az izmok beljebb húzzák a szemüregbe, akkor ráhúzódik a szemgolyóra. Több állatnak tulajdonítanak hatodik érzéket, amivel megérzik, mikor lesz természeti katasztrófa, vagy ha a család egyik tagja közeledik. A kutyák nagyon intelligens teremtmények, és több kutyatulajdonos állítja, kutyája megérzi, milyen a hangulata, vagy hogy kutyájuk megpróbálja nekik elmondani, ha valami baj történt. Tudományos vizsgálatok kimutatták, hogy a kutyáknak van egy elektromágneses érzékük, amivel megérzik a földmozgásokat és rezgéseket, s amitől hazatalálhatnak még nagy távolságokból is.