I pesci recepiscono stimoli chimici attraverso due diversi canali chemorecettivi, l'olfatto e il gusto. La distinzione tra questi due sensi è comunque difficile poichè, diversamente da quanto avviene nei vertebrati terrestri, nei pesci sia l'olfatto che il gusto sono mediati da molecole disciolte nell'acqua. La solubilità e non la volatilità costituisce di conseguenza la proprietà determinante delle sostanze per la chemorecezione in ambiente acquatico. La principale differenza tra questi due sensi è legata allo spettro di sostanze a cui essi sono sensibili. In generale i recettori olfattivi, in quasi tutte le specie studiate, rispondono ad un ampio spettro di sostanze organiche, mentre i recettori gustativi mostrano una maggiore variabilità interspecifica.
Nei pesci l'olfatto è il mediatore più diffuso di segnali chimici coinvolti nel comportamento. Gli organi olfattivi mostrano nei teleostei una grande diversità in relazione al loro grado di sviluppo e all'ecologia delle specie. Le narici, generalmente poste in posizione dorso-laterale sulla testa, una per lato, hanno un'apertura anteriore e un'apertura posteriore e, contrariamente ai vertebrati terrestri, non sono connesse al sistema respiratorio. L'acqua penetra dall'apertura anteriore e fuoriesce da quella posteriore durante il nuoto del pesce, attraversando un epitelio olfattivo che si sviluppa dal pavimento delle cavità nasali in forma di rosette. Queste sono formate a loro volta da una complessa serie di pieghe dell'epitelio che hanno la funzione di aumentarne la superficie. Diversi tipi di cellule olfattive sono presenti nei pesci e possono essere distinte in base alla loro struttura. Generalmente queste cellule sono caratterizzate dalla presenza, sulla loro superficie superiore di microvilli o cilia.


Diversi studi hanno evidenziato un'elevata sensibilità dei pesci agli aminoacidi che costituiscono per essi dei potenti stimoli olfattivi, in particolare gli L-a-aminoacidi, in grado di indurre reazioni fisiologiche e comportamentali anche se presenti a bassissime concentrazioni. E' stato poi evidenziato il ruolo determinante dell'olfatto per la recezione di feromoni riproduttivi, steroidi e prostaglandine, che hanno una funzione determinante nel mediare il comportamento riproduttivo.
In generale l'olfatto svolge un ruolo importante in una serie di attivita comportamentali e tra queste si possono ricordare le seguenti:

• Migrazioni: il caso più noto è quello dei salmoni dove i giovani nelle prime fasi della loro vita subiscono un imprinting olfattivo dell'"odore" dell'acqua del fiume in cui sono nati. Al momento della riproduzione si avvicinano alla costa e riconoscono l'odore del proprio fiume che viene così scelto per la risalita.
• Riproduzione: come gia accennato, gli ormoni sessuali giocano un ruolo importante nella regolazione del comportamento riproduttivo in numerose specie di teleostei, dall'attrazione iniziale, al riconoscimento dello stato sessuale, allo sviluppo sessuale dei giovani. Nei salmoni un ormone specifico (Ostradiolo 17b;) e il testosterone aumentano in maniera significativa durante la migrazione riproduttiva accrescendo la sensibilita olfattiva degli individui.
• Alimentazione: l'olfatto ha una funzione importante per l'individuazione del cibo, soprattutto per le specie che mostrano un comportamento alimentare notturno. Anche in predatori che individuano le prede a vista come i tonni è stato evidenziato un ruolo non trascurabile di questo senso.
• Fuga: Von Frish (1938) casualmente si accorse che quando un individuo ferito di Phoxinus phoxinus veniva introdotto in un branco questo ultimo si disperdeva e i singoli individui tendevano a fuggire in direzioni diverse. Il fenomeno è determinato dal rilascio di sostanze di allarme contenute in cellule epidermiche speciali (club cells) dal tessuto danneggiato che innescano reazioni di fuga tra i membri del branco.

Anche il gusto ha per i pesci un ruolo importante nella recezione di segnali chimici. Ad esempio è stato evidenziato il ruolo dei recettori gustativi per l'individuazione di ossido di carbonio e tossine e quindi per evitare le zone caratterizzate dalla presenza di sostanze tossiche.
Molte specie di pesci posseggono poi bottoni gustativi su strutture anatomiche specializzate per l'individuazione delle prede, come ad esempio barbigli (triglie, gadidi, etc.), raggi delle pinne ventrali o pettorali (triglidi, gadidi, etc.).