Le cerveau des chiens est d'assez petite taille, puisqu'il ne pèse, en moyenne, que les deux tiers de celui du loup. En revanche il possède des sens très développés.
Chien regardant son reflet dans une glace
Petit bichon maltaisLe sens de l'odorat, 35 fois plus développé chez le chien que chez l'Homme. Sa membrane olfactive mesure 130 cm2 (contre 3 cm2 chez l'homme). À noter que ce sens est discriminant (le chien est capable de déceler et de suivre une odeur précise parmi une multitude d'autres odeurs, même si celle-ci est en proportion infime), capacité largement utilisée par l'Homme pour les recherches de drogues, explosifs, personnes disparues, chasse, etc.
L'ouïe est aussi un sens très précis : le chien est capable d'entendre des sons inaudibles pour l'homme (ultrasons). De plus, les oreilles du chien peuvent s'orienter vers une source sonore en pivotant grâce à de nombreux muscles, ce qui leur permet une grande précision dans la localisation sonore.
La vision du chien est meilleure de nuit, car, même s'il distingue mal les couleurs (son spectre visuel va seulement du jaune au bleu) et les détails, il possède une surface réfléchissante derrière la rétine (le Tapetum Lucidum), qui renvoie la lumière et donne un effet d'yeux brillants dans l'obscurité. Le champ de vision du chien est d'environ 250 degrés.
Le toucher est en revanche peu perfectionné chez le chien. Ce dernier fera la différence entre une caresse et une correction, la chaleur et le froid, mais de façon limitée.
De même, le goût est peu développé puisque son rôle, relativement limité, est compensé par un odorat fin.