Зв’язок між організмом і йото оточуючим середовищем здійснюється чутливими сенсорними клітинами, спеціалізованими у відношенні різноманітних подразників. Функція цих клітин зводиться до перетворення подразнення, яке ними сприймається, у збудження, що передається нервовій системі. Збудження пов’язане із електричними процесами у мембрані чутливої клітини, що виражається у зміні зарядів на цій мембрані. А це призводить до виникнення нервового імпульсу. Такі чутливі клітини утворюють з іншими, але не нервовими елементами, органи чуттів. 

         У залежності від форми енергії подразнення, що сприймається рецепторами, у безхребетних тварин виділяють органи зору, механічного чуття, хімічного, теплового та електричного.

         Фоторецептори. У багатьох груп тварин окремі фоторецепторні клітини розміщені в епідермісі дифузно. Наприклад, у дощового черв’яка, деяких видів комах. Вони забезпечують сприйняття лише інтенсивності освітлення. У інших безхребетних рецепторні клітини утворюють чутливий епітелій – сітківку з системою лінз, які здійснюють переломлення світла. У процесі еволюції органи зору змінювалися від плоского чи ямкоподібного ока до ока із камерами. Це дало можливість визначати не лише направлення падаючого світла, але і розрізняти зображення. Чіткість зображення досягається розвитком механізмів акомодації.

         У більшості членистоногих поряд із простими вічками розвиваються складні фасеткові очі. Вони складаються із великої кількості окремих, ізольованих пігментними клітинами, конічних очок – оматидіїв. Кожне вічко сприймає частину предмету, а всі разом вони забезпечують мозаїчне зображення предмета.

         Здатність розрізняти кольори відмічена у комах. Для них та головоногих молюсків виявлений поляризаційний зір, тобто здатність визначати площину поляризації.

         Механорецептори. Механічні подразники взаємодіють на спеціалізовані сенсорні органи у формі тиску, розтягнення, вібрації, потоку… У різноманітних типів безхребетних тварин в усіх групах механорецепторів подразнення заключається у деформації спеціалізованих війок.

         Звукові коливання у комах - комарів, мух, жуків та їхніх личинок сприймаються з допомогою зв’язки, що нагадує струну, натягнуту під покривами. Чутливі клітини поєднуються одним кінцем з покривами, а іншим із зв’язкою. Це так звані хордотональні органи. У інших комах – коників, цвіркунів, термітів сприйняття звуку здійснюється тонкою кутикулярною мембраною, яка відіграє роль барабанної перетинки, під якою розміщений трахейний міхур. Це тимпанальний орган.

         Положення тіла тварини у просторі визначається статоцистами. Структура статоцистів являє собою пухирець під покривами, в якому на відростках чутливих клітин лежить статоліт – вапняковий камінець. Зміщуючись при зміні положення тіла він викликає одностороннє подразнення війок чутливого епітелія. У медуз статоцисти розміщені по краю зонтика, у ракоподібних – на основному членику вусиків, у молюсків – на нозі.

         Механічні подразнення поверхні тіла – дотик – сприймається у багатьох тварин ізольованими одна від одної  чутливими клітинами покривів. У членистоногих утворились спеціальні кутикулярні сенсили – шарнірно закріплені щетинки, зв’язані із дендритами чутливої клітини. Вигинання щетинки у різних напрямках призводять до різного за силою збудження чутливої клітини. Сукупність таких кутикулярних сенсилл на суглобах зовнішнього скелету комах дає інформацію про взаємне розміщення частин тіла тварини.

         Хеморецепція широко розповсюджена у всіх групп тварин. Вона проявляється у сприйнятті хімічних подразників. Контактна хеморецепція визначається як смакова, а дистанційна як нюхова. Нюхові подразники у комах відіграють вирішальну роль при пошуках поживи або приваблення статевого партнера. Органи нюху у них розміщені на вусиках. Запах для них – засіб інформації та спілкування.

         Функцію органу смаку виконують сенсорні клітини із волосинками трубчастої форми, що риозміщені на ротових органах або на лапках. Такі органи смаку складаються із 3-7 сенсорних клітин, дендрити яких тягнуться до отвору на верхівці волосинки. Наприклад, у мухи вони подразнюються сахарозою, сіллю чи рідиною. Вчені вважають, що головним параметром подразника є просторова конфігурація його молекули, яка забезпечує субстратну специфічність, яка приймається акцепторною ділянкою мембрани хеморецепторної клітини.

         Таким чином, безхребетні тварини за своїми органами чуттів не поступаються перед хребетними. Все задежить від ступеня організації тварин.