A kutyáknak ugyanaz az öt érzékszervük van, mint az embereknek. Egyesek azonban fejlettebbek, mások pedig hiányosak az emberekéhez képest. A kutyák szaglása messze a legélesebb, és mérhetetlenül jobb, mint az embereké. A kutyákat olyan feladatokra használják, mint az eltűnt személyek felkutatása, föld alatti ásás, és olyan mérgező anyagok, például gázok felkutatása, amelyeket az ember nem tud kimutatni. A kutyák képesek felismerni a kábítószereket, robbanóanyagokat és gazdájuk szagát. Nem minden kutyaorr azonban egyforma. Egyes fajták, mint például a német juhászkutyák és a vérebek, sokkal jobban fejlett szaglással rendelkeznek, mint mások. Egy rövid orrú fajtát, például a mopszot, nem választanánk nyomkövetésre.
A szaglóközpont azonban még a rövid orrú fajtáknál is viszonylag magasan fejlett. Ráncokba rendeződik, hogy a beáramló levegőből kiszűrje a szagokat. Egyes mentőkutyákat arra képeznek ki, hogy kövessenek egy szagot a földön, másokat pedig arra, hogy a levegőt szaglásszák. Mindkettő képes megkülönböztetni az egyik embert a másiktól még jelentős idő elteltével is. A vadászkutyák – például a pointerek, retrieverek és spánielek – madárszaglásra vannak kiképezve, és képesek megkülönböztetni az egyik madárfajtát a másiktól.
A kutya ízérzékelése az emberéhez képest gyengén fejlett. Ha arra kényszerítik, hogy egyedül éljenek, a kutyák szinte bármit megesznek, különösebb megkülönböztetés nélkül.
A kutyáknak éles hallásuk van. Az őslakos fajták nagy, felálló és nagyon mozgékony fülekkel rendelkeztek, amelyek lehetővé tették számukra, hogy nagy távolságból, bármilyen irányból meghallják a hangokat. Egyes modern fajtáknak jobb a hallásuk, mint másoknak, de mindannyian képesek az emberi fül hatótávolságán jóval túlmutató zajokat érzékelni. A kutyák másodpercenként 35 000 rezgésszámú hangot képesek regisztrálni (szemben az ember másodpercenkénti 20 000 rezgésével), és képesek a belső fülüket is kikapcsolni, hogy kiszűrjék a zavaró hangokat.
A kutyák látása nem olyan éles, mint a szaglása, és általában úgy tartják, hogy a kutyák színérzékelése gyenge. Egyes fajtákat, mint például a szaluki és az afgán kopó, arra fejlesztették ki, hogy nagy távolságokon keresztül látás útján üldözzék a vadat, és ezek a kutyák elég jól látnak ahhoz, hogy messze a horizonton bármilyen mozgást észleljenek. A kutyák általában jobban látnak rossz fényviszonyok között, mint az emberek, de nem olyan jól látnak erős fényben. Szélesebb látómezővel rendelkeznek, mint az emberek, mivel a szemük távolabb helyezkedik el a fejük oldala felé, de nem olyan ügyesek a közeli tárgyak fókuszálásában vagy a távolságok megítélésében. A kutyáknak van egy harmadik szemhéjuk, egy hártya, amely megvédi a szemgolyót az irritáló anyagoktól, és néha látható a szem előtt.