Không giống như các hệ giác quan khác (thị giác, thính giác, hệ cảm giác thân thể và vị giác mức độ thấp) là nơi tiếp nhận thông tin đầu vào cho biểu mô giác quan, chức năng “lập bản đồ” của biểu mô khứu giác không rõ ràng như vậy. Tuy nhiên, nó vẫn có tổ chức thông tin sơ khởi. Lập bản đồ với 2-Deoxy-D-glucose (giúp xác định các tế bào đang hoạt động) cho thấy rằng có các nhóm tế bào trong biểu mô khứu giác liên quan đến một số mùi nhất định. Vì vậy, butanol kích thích các tế bào ở vùng trước và limonene kích hoạt các tế bào ở phía sau của niêm mạc. Ngoài ra, kết quả thực tế gần đây đã chỉ ra rằng các tế bào thụ cảm được tổ chức thành các dải đường kính trán chẩm (gọi là vùng biểu hiện), mỗi vùng này chứa một bộ tế bào hoàn chỉnh. Có 3 vùng biểu hiện riêng biệt không xếp chồng lên nhau nhưng cùng chồng lên một vùng thứ tư nhỏ hơn.[28]

Các sợi trục tế bào lưỡng cực khứu giác được kết hợp thành vài chục bó, mỗi bó chứa vài trăm hoặc hàng nghìn sợi. Chúng đi vào khoang sọ qua các lỗ mở của xương sàng và kết hợp thành dây thần kinh khứu giác. Đầu tận cùng của các tế bào khứu giác sơ cấp tạo thành khớp thần kinh (xynap) với sợi nhánh tế bào hành khứu giác. Mỗi tế bào như vậy (tế bào mũ ni) là tế bào thần kinh cảm giác thứ cấp, nhận tín hiệu từ khoảng 1000 sợi trục tế bào cảm giác sơ cấp, tức là khoảng 1000 sợi trục khứu giác hội tụ trên các nhánh của sợi nhánh đỉnh của một tế bào mũ ni. Khoảng 25 sợi nhánh như vậy với các đầu tận cùng tạo thành các hình cầu – quản cầu (glomerulus). Khoảng 2.500 sợi trục khứu giác hội tụ trên một quản cầu, và có khoảng 2.000 quản cầu trong hành khứu giác của loài thỏ. Đặc trưng của tế bào mũ ni là hoạt động nhịp nhàng khi các chất có mùi xâm nhập đường hô hấp. Nơron trung gian cục bộ trong hành khứu giác (tế bào quanh quản cầu nằm giữa quản cầu và tế bào hạt nằm dưới tế bào mũ ni) có khả năng phản hồi các tín hiệu thu nhận được. Những tế bào này kết thúc dây thần kinh ly tâm của hành khứu giác đối diện, cấu trúc limbic và cấu tạo lưới của não bộ. Hệ thống tiếp xúc xynap trong hành khứu giác rất phức tạp, thành phần hóa học cũng vậy: đã xác định được khoảng một chục chất dẫn truyền thần kinh như acetylcholine, dopamin, GABA và một số neuropeptide.[29]

Sợi trục tế bào mũ ni tạo thành bó khứu giác dẫn đến trung tâm khứu giác bậc cao. Các trung tâm này chia thành nhiều phần, kết thúc ở cấu trúc limbic của não trước: nhân khứu giác trước, vách ngăn, vỏ hình trái lê và hồi hải mã. Từ những cấu trúc này, thông tin truyền vào hồi hải mã, hạch hạnh nhân, vỏ não trán ổ mắt (trực tiếp hoặc qua đồi thị) và cấu tạo lưới của trung não.[30][6]

Nhận biết một mùi cụ thể là kết quả của sự phối hợp giữa các cơ quan cảm thụ và não bộ, cũng là sự kết hợp các dạng "mùi cơ bản" với nhau. Theo lý thuyết hóa học lập thể về mùi của Moncrieff-Amoore,[31] hệ thống nhận biết mùi của con người gồm bảy phần dựa trên sự phân biệt 7 mùi chính: xạ hương, long não, hoa, ete, bạc hà, mùi hăng và mùi thối (các chất có mùi giống nhau thuộc nhóm có mô hình lập thể tương đồng).[32][33]