Psy mają te same pięć zmysłów co ludzie. Jednak niektóre z nich są lepiej rozwinięte, a inne mniej niż u ludzi. Psi zmysł węchu jest zdecydowanie najbardziej wyostrzony i jest niezmiernie lepszy od ludzkiego. Psy są wykorzystywane do takich zadań jak śledzenie zaginionych osób, kopanie pod ziemią i tropienie substancji toksycznych, takich jak gazy, które są niewykrywalne przez człowieka. Psy potrafią wykrywać narkotyki, materiały wybuchowe i zapachy swoich panów. Nie wszystkie psie nosy są jednak takie same. Niektóre rasy, takie jak owczarek niemiecki i bloodhound, mają znacznie lepiej rozwinięte zmysły węchu niż inne. Nie należy wybierać rasy z krótkim nosem, takiej jak pug, aby zaangażować się w śledzenie.
Nawet u ras krótkogłowych, jednak, ośrodek węchu jest stosunkowo wysoko rozwinięty. Jest on ułożony w fałdy w celu odfiltrowania zapachów z napływającego powietrza. Niektóre psy ratownicze są szkolone do podążania za zapachem na ziemi, a inne do wąchania powietrza. Jedne i drugie są w stanie odróżnić jedną osobę od drugiej nawet po znacznym upływie czasu. Psy myśliwskie – takie jak pointery, retrievery i spaniele – są szkolone do rozpoznawania zapachu ptaków i potrafią odróżnić jedną odmianę ptaka od drugiej.
Psi zmysł smaku jest słabo rozwinięty w porównaniu z ludzkim. Psy, zmuszone do życia na własną rękę, zjedzą prawie wszystko bez większego rozróżnienia.
Psy posiadają wyostrzony zmysł słuchu. Rasy aborygeńskie miały duże, wyprostowane i bardzo ruchliwe uszy, które pozwalały im słyszeć dźwięki z dużej odległości w każdym kierunku. Niektóre współczesne rasy mają lepszy słuch niż inne, ale wszystkie są w stanie wykryć dźwięki znacznie wykraczające poza zasięg ludzkiego ucha. Psy są w stanie zarejestrować dźwięki o częstotliwości 35 000 wibracji na sekundę (w porównaniu z 20 000 na sekundę u ludzi), a także potrafią wyłączyć ucho wewnętrzne, aby odfiltrować rozpraszające dźwięki.
Wzrok psa nie jest tak dobry jak jego zmysł węchu i powszechnie uważa się, że psy mają słabe postrzeganie kolorów. Niektóre rasy, takie jak Saluki i afgański pies gończy, zostały opracowane do pogoni za zwierzyną za pomocą wzroku na duże odległości, a te psy widzą wystarczająco dobrze, aby wykryć każdy ruch daleko na horyzoncie. Psy generalnie widzą lepiej niż ludzie w słabym świetle, ale nie tak dobrze w świetle jasnym. Mają szersze pole widzenia niż ludzie, ponieważ ich oczy są osadzone bardziej po bokach głowy, ale nie są tak sprawne w skupianiu się na obiektach znajdujących się w bliskiej odległości lub w ocenianiu odległości. Psy mają trzecią powiekę, membranę, która chroni gałkę oczną przed czynnikami drażniącymi i jest czasami widoczna przed okiem.
.