Dobrou orientaci v prostoru, vyhledávání potravy i vzájemnou komunikaci umožňují hmyzu smyslové orgány. Základní smyslovou jednotkou u hmyzu je senzila - odvozená z chloupku (makrotrichie). Tvoří ji několik pokožkových buněk, z nichž nejdůležitější je citlivá pokožková buňka, která pomocí vlákna zakončeného smyslovým čípkem (skolops) přiléhajícím ke kutikule reaguje na různé vnější podněty. Podle typů podnětů se u hmyzu rozlišují čtyři typy smyslových orgánů: mechanoreceptory, chemoreceptory, termoreceptory a fotoreceptory.
Hlavním fotoreceptorem u hmyzu jsou složené oči (oculi) sestávající z různého počtu ommatidií, které samy o sobě představují samostatné zrakové jednotky s vlastním světlolomným a světločivným aparátem. Jednotlivá ommatidia jsou od sebe vzájemně oddělována a odstíněna pigmentovými buňkami. Složené oči naléhají přímo na zrakové laloky mozkového ganglia. Obraz zaregistrovaný mnoha ommatidi se skládá až ve zrakovém laloku nervového centra (mozaikový obraz).
Kromě složených očí najdeme na hlavě ještě 2-3 jednoduchá temenní očka (ocelli) scopná nanejvýš rozlišit intenzitu světla.
Mezi chemoreceptory řadíme chuť a čich.
Chuťové sensily jsou soustředěny na ústních orgánech, tykadlech i chodidlech. Stavbou se podobají smyslovým brvám, až na vstupní otvůrek na konci a několik neuronů k rozlišení jednotlich kvalit chuti.
Daleko rozmanitější vzhled mají čichové sensily, které - na rozdíl od chuťových - mají více vstupních otvůrku a různý počet neuronů. Vyskytují se hlavně na tykadlech společně i s kolíčkovitými brvami bez otvůrků vnímající změny teploty.
Mechanoreceptory registrují nejrůznější mechanické impulsy. Nejjednodušším typem jsou smyslové brvy (trichoidní senzily) s jedním neuronem citlivým na změnu polohy chlupu. Tento typ senzily patří do kategorie tzv. fazických senzil zaznamenávajících pouze okamžitou změnu stavu. Naproti tomu tonické senzily, jaké se nacházejí např. na kloubních spojeních, zaznamenávají trvalou změnu stavu. Tyto tzv. proprioreceptory informují jedince o stavu jednotlivých částí jeho těla, např. o poloze nohou nebo křídel.