Les Oiseaux ont des hémisphères cérébraux et un cervelet très développés. Deux sens sont perfectionnés, la vue et l'ouïe, les autres ayant un rôle secondaire. Vue L'oeil a la même structure d'ensemble que celui des Mammifères. La vision des Oiseaux est largement comparable à celle des Mammifères les mieux doués à cet égard (Primates, Homme) et on peut même la qualifier de supérieure pour les raisons suivantes : elle est colorée, chez toutes les espèces diurnes du moins ; elle est très précise, car l'oeil est grand pour la taille de l'oiseau (le globe oculaire de l'autruche est cinq fois plus volumineux que celui d'un homme adulte) ; de plus, le nombre des cellules nerveuses de la rétine peut être beaucoup plus élevé que chez l'homme. Enfin, la vision est plus rapide et plus panoramique que celle de l'homme. Hiboux et chouettes sont myopes et leur vision est atténuée à la lumière solaire.
Ouïe Comparée à l'oreille humaine, celle des Oiseaux est plus simple. Par exemple, il n'y a pas de pavillon externe (sauf chez les rapaces diurnes). L'ouïe est particulièrement fine chez les Rapaces nocturnes, qui se servent surtout de ce sens pour repérer leurs proies dans l'obscurité. Chez eux, l'asymétrie des trous auditifs et les fortes dimensions du crâne favorisent une meilleure audition des bruits les plus fins et le repérage de leur source. Goût, odorat et toucher on connaît mal le sens du goût chez les Oiseaux et les résultats des expériences menées jusqu'à présent sont tellement contradictoires qu'on ne peut dire de façon précise quel rôle joue ce sens dans leur vie. Il semble néanmoins démontré que certaines espèces sont capables de distinguer quatre saveurs essentielles. L'odorat est peu développé, sans toutefois être absolument nul. Des organes du toucher existent sur le bec, la langue, dans la cavité buccale et sur les pattes. Certains semblent être des récepteurs sensibles aux vibrations.