Khứu giác hoàn hảo và thị giác khá tốt cộng thêm khả năng cảm nhận điện trường của động vật đã ấn định cho cá mập ngôi vị vua biển cả. Với giác quan này, một con cá mập có thể xác định mùi máu, hay nước tiểu của con mồi ở xa hàng km. Bởi vậy điều này mà nhiều người nghĩ nếu bị chảy máu thì không nên tắm biển hay lướt sóng vì sợ bị tấn công. Nhưng chính do khứu giác rất tốt của cá mập mà nó dễ dàng phân biệt máu người và máu con mồi ngoài tự nhiên, nên nó không thể bị nhầm lẫn và sẽ không tấn công vì cá mập không coi con người là con mồi. Hầu hết các vụ tấn công đều do cá mập nhìn nhầm người lướt ván hay bơi trên biển là hải cẩu hay bò biển.

Thị giác

Mắt cá mập cũng tương tự như mắt những loài động vật xương sống khác, bao gồm giác mạc, võng mạc và thấu kính. Mắt chúng thích nghi với môi trường biển nhờ được phủ một lớp màn mỏng. Lớp màn này ở đằng sau võng mạc và phản chiếu ánh sáng tới võng mạc làm tăng sự rõ ràng trong bóng tối. Hiệu lực của tấm màn này rất đa dạng, với một số loại cá mập giúp chúng thích nghi với bóng đêm dễ dàng hơn. Cá mập có mí mắt nhưng không chớp vì nước xung quanh đã làm sạch mắt chúng. Bảo vệ mắt là những màng mắt. Màng này bao trùm mắt khi chúng ăn mồi hay bị tấn công. Một số loài cá mập, kể cả cá mập trắng, không có màng này nhưng chúng cuộn mắt mình lại khi tấn công mồi.

Khứu giác

Cá mập có khứu giác rất nhạy, chúng có thể nhận ra 1 giọt máu trong 1 triệu giọt nước biển.[3] Một số loài, như nurse shark, có những râu xung quanh mép tăng độ nhạy để bắt mồi. Cá mập thường dựa vào khứu giác để tìm mồi, nhưng trong phạm vi ngắn, chúng còn dùng cả đường bên để nhận biết chuyển động và những lỗ cảm giác trên đầu chúng để phát hiện ra sóng điện trong nước.

Thính giác

Cá mập cũng có thính giác nhạy bén, chúng có thể nghe tiếng của con mồi cách xa vài dặm.[4] Tai cá mập là tai trong. Trong nhóm cá xương và nhóm động vật 4 chân, tai trong đã bị tiêu biến.

Đường bên

Hệ thống này có ở nhiều loài cá, kể cả cá mập. Nó dùng để nhận biết chuyển động trong nước. Cá mập sử dụng đường bên để nhận diện sự chuyển động của sinh vật khác, đặc biệt là làm bị thương chúng. Cá mập có thể cảm thấy những tần số trong phạm vi từ 25 đến 50 Hz.[5]