I pesci, vivendo in ambiente molto diverso dal nostro, utilizzano i loro sensi in modo diverso da noi. Alcune specie hanno inoltre sviluppato sensi a noi totalmente estranei, come gli organi elettrici, utilizzati per la localizzazione. In ogni caso, i sensi e gli istinti sviluppati nel corso dell'evoluzione dai pesci sono essenziali per il loro particolare stile di vita.
Per la maggior parte dei pesci la vista è uno strumento essenziale per nutrirsi, sfuggire ai predatori e riprodursi; in altri casi, come nel Caracide Cieco, gli occhi non sono presenti. La maggior parte dei pesci, soprattutto non predatori, hanno una visione monoculare, cioè gli occhi mettono a fuoco oggetti indipendentemente l'uno dall'altro; altri, soprattutto predatori, riescono invece a mettere a fuoco con entrambi gli occhi lo stesso oggetto. Gli occhi dei pesci che nuotano a mezz'acqua sono generalmente grandi, e occupano circa il 25-30 % della superficie totale del corpo: sono posizionati per rendere una visione a tutto tondo del mondo esterno. Nei predatori, invece, gli occhi sono generalmente posizionati per valutare meglio le distanze, ed ottenere così una maggiore efficienza nella caccia. Nei pesci di profondità, gli occhi sono meno sviluppati, data la loro relativa inutilità.
L'acqua, essendo più densa dell'aria, riesce a trasportare i suoni più facilmente; i pesci mancano di un' orecchio esterno, ma riescono ugualmente a recepire i suoni attraverso un apposito organo situato nella parte superiore del cervello. Quest'organo ha anche la funzione di controllare l'equilibrio. In alcuni casi, la vescica natatoria è collegata all'orecchio interno attraverso una serie di ossicini, chiamata l'apparato di Weber.
L'utilizzo del senso del tatto nei pesci è molto differente dal nostro: essi lo usano soprattutto per alleviare l'irritazione causata da parassiti, oppure, nel caso dei barbigli o delle pinne ventrali di alcune specie, per sentire se la cosa che toccano è commestibile. Infatti nei barbigli e nelle pinne ventrali sono presenti anche recettori del gusto.
I pesci, non avendo un naso con cui odorare e respirare, utilizzano, per fiutare cibo, delle piccole rosette sensorie, presenti in numero elevatissimo nelle narici, collegate al cervello. Solitamente i pesci ne posseggono due, una anteriore e una posteriore: l'acqua entra, pompata da muscoli, nelle narici anteriori, ed esce, dopo essere passata attraverso le rosette sensorie, dalle narici posteriori. Alcune specie con capacità visive limitate, posseggono una doppia coppia di narici, così che l'olfatto ne risulta notevolmente potenziato.
Al contrario degli esseri umani, che fanno affidamento, per sentire il gusto, solamente sulla lingua, i pesci posseggono diversi recettori sparsi per tutto il corpo, sulle labbra, sulla lingua, sulla testa, ecc. I barbigli equivalgono ad una lingua esterna, come già detto. Alcuni pesci gatto hanno, sui barbigli, delle diramazioni, che permettono di aumentare notevolmente la superficie recettiva.