L'audition est assurée par deux oreilles internes, en relation avec l'extérieur par un étroit canal difficilement visible à l'oeil nu. Les cellules sensorielles auditives reçoivent des vibrations et envoient les informations au cerveau par les nerfs auditifs. Les requins peuvent entendre des sons pouvant provenir d'une source située à plus de 10 kilomètres de distance. C'est le sens dont la portée est la plus étendue chez les requins. Situées de part et d’autre du cerveau et connectée à la ligne latérale, les oreilles internes ne sont pas seulement l’organe de l’ouïe, c’est aussi l’organe de l’équilibre, de l’orientation et de la coordination. Tapissées de nombreuses cellules ciliées identiques à celles de la ligne latérale, les oreilles transmettent au cerveau les ondes de basses fréquences elles-mêmes transmises par l’eau à la vitesse de 1500 m/s dans la limite de 10 à 1 000Hz. Ces fréquences peuvent correspondre à des sons émis par des poissons - nage et vibrations de détresse - mais aussi aux bruits d'un nageur - palmage - ou encore à un courant d'eau autour d'un mouillage. Des expériences ont montré que des sons rythmiques de basses fréquences - 20 à 60 cycles par seconde, avec un pic à 40 hertz -, ressemblant à ceux d'un mérou harponné, peuvent attirer directement sur l'émetteur de nombreuses espèces de requins. L'appareil intervenant dans la détection des sons est le système acoustico-latéral qui comprend les oreilles internes, reliées à l'organe de l'équilibration, et la ligne latérale comprenant des canaux dermiques, au niveau de la tête et sur les côtés du corps. Les requins possèdent une ouïe beaucoup plus fine que les hommes et cela est d’autant plus avantageux que le son se propage 5 fois plus vite dans l’eau que dans l’air.

L'électroréception est largement utilisée chez les requins grâce aux réseaux de pores, présents sur la tête et le museau, qui conduisent à des canaux remplis de gel conducteur. Ces cellules électro-réceptives sont appelées les ampoules de Lorenzini. Les requins sont ainsi capables de détecter des champs électriques de basse fréquence comme des contractions musculaires. Grâce à ce système de détection, les requins perçoivent les déplacements des poissons qui les entourent sans les voir, ce qui est pratique lors de chasses nocturnes ou en eaux profondes. La sensibilité des ampoules de Lorenzini relève du millionième de volt. Ainsi, les requins détectent 0,5 microvolt par mètre. Une pile de 1,5 V constitue pour eux une source électrique qu’ils peuvent ressentir à plus de 1 000 kilomètres. Lors de la chasse, au dernier moment, à moins de 3 mètres, c'est ce système de détection électromagnétique qui finalise l'approche vers la proie. Outre la détection des proies, ces organes sensoriels permettent aux requins de s'orienter et de se déplacer. Les requins sont ainsi capables de réaliser des migrations de milliers de kilomètres sans se tromper de routes.

L'odorat est probablement le sens le plus développé chez les requins. L'olfaction se fait grâce aux deux narines qui sont situées à l’avant du museau sans connexion avec la bouche ni avec le système respiratoire. La paroi de chaque narine est revêtue d’une muqueuse plissée afin d’en augmenter la surface. Chaque pli est recouvert de nombreuses cellules ciliées sensorielles qui analysent le courant d’eau entrant. Ces cellules peuvent détecter et repérer des concentrations très faibles d’une substance odorante diluée dans l’eau. L'odorat sert non seulement à repérer leurs proies, mais aussi à reconnaître des phéromones d’autres requins ou de femelles de leur espèce, des salinités de différentes régions marines pour migrer ou repérer des lieux de reproduction ou de chasse. Contrairement aux êtres humains, le goût et l'odorat ne sont pas connectés chez les requins. Parce que leur système olfactif occupe les 2/3 de leur cerveau, les requins sont très sensibles aux stimulations chimiques. Lors de la chasse, à moins de 10 mètres, les requins affinent leur guidage grâce à l’odeur de leurs futures proies. En règle générale, les requins peuvent localiser l'odeur d'une proie dans un rayon de 4 000 mètres.

La ligne latérale est un organe mécanosensoriel, qui se présente sous forme d'une ligne continue ou non, implanté sur chaque flanc des requins et autres poissons. Chez les requins, cet organe joue un rôle très important dans la rhéotaxie, grâce à l'une des catégories de récepteurs sensoriels, les neuromastes, présents dans chaque ligne latérale. Il offre aux requins une perception fine et nuancée des variations de vitesse, de pression et de vibrations de l'eau. Il permet aux requins de ressentir les variations hydrodynamiques de leur environnement proche et d'éviter le fond, les rochers, etc. Il aide les requins à détecter les mouvements de leurs proies par interprétation de la signature des turbulences laissées dans leur sillage. Ce système de pointe est indépendant des ampoules de Lorenzini. Lors de la chasse, à une distance comprise entre 3 et 50 mètres, les requins s'orientent vers leurs proies à l'aide de leur ligne latérale.

Les requins ne possèdent ni glandes lacrymales ni paupières et dorment les yeux ouverts. Les images des objets se forment en avant de la rétine ce qui explique que les requins sont proches de la myopie. Ils voient donc bien de près, mais ils ne distinguent que les formes et les déplacements de loin. Les cristallins sont pratiquement sphériques et concentrent les rayons visuels au maximum. Sous l'eau, les couleurs sont absorbées en fonction de la profondeur. Au-delà des 150 mètres, l'obscurité est reine. Dans ces conditions, l'avantage revient aux animaux marins qui ont la meilleure vue. Étant des superprédateurs, les requins ont développé des méthodes d'amplification de la lumière afin d'augmenter leur efficacité visuelle lors de la chasse. Leurs yeux sont comparables à ceux d'autres vertébrés, à la différence des mammifères qui possèdent des cristallins déformables pour l'accommodation, les requins réalisent cette opération par un mouvement de cet organe dans la chambre visuelle. La richesse des rétines en bâtonnets peut atteindre 20 millions au mm² pour les requins abyssaux. Ces cellules particulières contiennent un pigment doré extrêmement sensible aux rayons bleus du spectre, qui se propagent le plus profondément dans l'océan. La particularité des yeux des requins réside dans les membranes internes situées derrière le globe oculaire. Dans chaque oeil, on y trouve un tapis réfléchissant de cristaux de guanine qui a pour rôle d'amplifier la lumière et de la réfléchir vers la rétine. La vision des couleurs par les requins est maintenant démontrée. Ceux-ci sont particulièrement attirés par le jaune et l'orange. En règle générale, les yeux permettent aux requins de percevoir les autres animaux marins jusqu'à une distance de 50 mètres. Lors de la chasse, à environ 10 mètres, la vision entre en jeu en calant l'approche finale.

Le sens de gustation est dû à des papilles sensorielles, appelées bourgeons gustatifs, localisées sur la langue, les lèvres, le palais, le pharynx et sur les parois de l'oesophage. C'est ce qui explique des régurgitations possibles quand la proie n'est pas du goût du prédateur. Il existe également, chez bon nombre d'espèces de requins, des cryptes gustatives réparties sur tout le corps qui permettent au requin « d'analyser » le contact de manière sensitive. Ainsi, le requin peut goûter sa proie par une simple bousculade. Si le test est positif, il affine sa première impression au niveau de sa gueule par une première morsure d'investigation. En cas de morsure sur une proie inconnue du régime alimentaire, le requin aura tendance à rejeter le morceau arraché à sa proie. Dans le cas contraire, le requin mord à nouveau sa proie dans le but de la rendre incapable de se défendre pour ensuite la dévorer. Si le test est négatif, il se désintéresse totalement de la proie.

Tous les requins possèdent une ligne latérale qui court sur les côtés du corps et sur la tête. Cette ligne est un canal nerveux reliant de petits orifices au fond desquels logent des capteurs. Ces capteurs enregistrent les différences de pression de l’eau. En plus de cette ligne latérale, le corps des requins est parsemé de « fossettes » sensorielles. Chaque fossette se compose d'une structure ciliaire typique se terminant par des stéréocils et un kinocil. Toute tension mécanique affectant les stéréocils provoque une modification électrique dans la cellule ciliée, qui est transmise, via les synapses, aux cellules des nerfs sensoriels reliés au cerveau. Ces différents mécanismes permettent aux requins de sentir leur propre corps, de connaître la température de l’eau et d'interpréter les différences de salinité de l’eau. Ils peuvent également apprécier toute modification du champ électrique produite par le mouvement d’un corps ou d’un objet dans l'eau. Le sens du toucher est très développé chez les requins, qui n'ont pas besoin de goûter une proie pour savoir si elle est comestible . Un simple contact physique leur suffit pour savoir si le menu est à leur goût. C’est pourquoi il arrive qu’un requin bouscule une proie au lieu de la mordre tout de suite. Il ne s’agit pas d’une intimidation, mais bien d’une évaluation.