Ο ρόλος του εγκεφάλου στην αντίληψη είναι να επεξεργάζεται σήματα από διάφορα όργανα αίσθησης και να τους δίνει νόημα. Οι αισθήσεις κατηγοριοποιούνται μερικές φορές είτε ως ειδικές αισθήσεις είτε ως γενικές αισθήσεις. Οι ειδικές αισθήσεις περιλαμβάνουν οπτική και ακουστική αντίληψη. Άλλες ιδιαίτερες αισθήσεις είναι η αίσθηση της όσφρησης, της γεύσης και της αφής. Οι αντιλήψεις για την αφή, την πίεση και τη θερμοκρασία μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ως γενικές αισθήσεις.
Η όραση είναι μια σημαντική ειδική αίσθηση. Η οπτική αντίληψη συμβαίνει όταν τα κύματα φωτός εισέρχονται στο μάτι και διεγείρουν τους οπτικούς υποδοχείς. Αυτές οι νευρικές ώσεις ταξιδεύουν κατά μήκος των οπτικών νεύρων. Τα σήματα αποστέλλονται στον οπτικό φλοιό του ινιακού λοβού, ο οποίος χρησιμοποιείται από τον εγκέφαλο στην αντίληψη οπτικών αισθητηριακών δεδομένων.
Μια άλλη βασική ειδική αίσθηση είναι η ακοή ή η ακουστική αντίληψη, η οποία ενεργοποιείται από ηχητικά κύματα. Τα ηχητικά κύματα περνούν μέσα από τους αισθητήριους υποδοχείς στο αυτί και από το ακουστικό νευρικό σύστημα. Τα κύματα ερμηνεύονται στους κροταφικούς λοβούς του εγκεφάλου, στα τμήματα του εγκεφάλου γνωστά ως ακουστικοί φλοιοί.
Κάθε ρινική κοιλότητα στη μύτη έχει οσφρητικά όργανα, τα οποία έχουν υποδοχείς που διεγείρονται από μυρωδάτα μόρια. Οι μυρωδιές φαίνεται να ξεθωριάζουν επειδή η ειδική αίσθηση της όσφρησης προσαρμόζεται γρήγορα όταν εκτίθεται στο ίδιο μυρωδάτο μόριο για οποιοδήποτε χρονικό διάστημα. Οι μυρωδιές ερμηνεύονται στον οσφρητικό φλοιό των κροταφικών λοβών του εγκεφάλου.
Η ιδιαίτερη αίσθηση της γεύσης σχετίζεται στενά με την όσφρηση. Τα μπουμπούκια γεύσης, τα οποία είναι αισθητήρια όργανα στη γλώσσα, μπορούν να ανιχνεύσουν ένα ευρύ φάσμα γεύσεων που κυμαίνονται από γλυκές έως αλμυρές. Οι πικρές, ξινές και αλμυρές γεύσεις μπορούν να ανιχνευθούν από τους γευστικούς κάλυκες. Οι χημικές ουσίες στα τρόφιμα και τα ποτά διεγείρουν τους υποδοχείς γεύσης ενώ τα τρόφιμα που θεωρούνται καυτερά, όπως οι πικάντικες πιπεριές, μπορούν επίσης να διεγείρουν τους υποδοχείς του πόνου και της θερμότητας. Ο γευστικός φλοιός των βρεγματικών λοβών του εγκεφάλου χρησιμοποιείται από τον εγκέφαλο στην αντίληψη της γεύσης.
Ορισμένες αισθήσεις κατηγοριοποιούνται ως γενικές αισθήσεις, συμπεριλαμβανομένης της αφής και της πίεσης, οι οποίες διεγείρονται όταν ο ιστός έχει μετατοπιστεί κατά κάποιο τρόπο. Η θερμοκρασία ανιχνεύεται μέσω αισθητήρων θερμότητας και ψύχους. Ένα σώμα έχει διανείμει ευρέως ελεύθερες νευρικές απολήξεις για να αισθανθεί τον πόνο, ενώ ο εγκεφαλικός φλοιός του εγκεφάλου ερμηνεύει την πηγή και την ένταση του πόνου και πώς να ανταποκριθεί σε αυτόν.
Η εξωαισθητική αντίληψη (ESP) είναι ένας τρόπος γνώσης που δεν εξηγείται μέσω των γνωστών αισθήσεων. Παραδείγματα ESP μπορεί να περιλαμβάνουν την ανάγνωση του μυαλού των ανθρώπων ή την ακριβή πρόβλεψη του μέλλοντος. Αν και πολλοί άνθρωποι πιστεύουν ότι υπάρχει ESP, ήταν δύσκολο να αποδειχθεί η χρήση επιστημονικών μεθόδων και οι περιοχές του εγκεφάλου στην αντίληψη του ερεθίσματος ESP δεν έχουν προσδιοριστεί.