Prédateur crépusculaire (coucher et lever du soleil) à l’origine, le chat possède des sens très développés. Il perçoit son univers différemment des humains, et on lui a même prêté des pouvoirs surnaturels. Il existe ainsi de nombreuses légendes de chats ayant prédit des tremblements de terre ou autres catastrophes. L’explication la plus probable est que son oreille est apte à percevoir des vibrations inaudibles pour les humains.

Son ouïe est particulièrement sensible dans les hautes fréquences : il perçoit des ultrasons jusqu’à 30 000 Hz alors que l’0oreille humaine est limitée à 20 000 Hz. Son pavillon en cornet peut être orienté grâce à vingt-sept muscles, ce qui lui permet de pivoter chaque oreille indépendamment pour localiser avec précision la source d’un bruit et sa distance.

La vue est son sens primordial. Son champ de vision est également plus étendu que celui des humains : 287° contre 180°, ce qui reste cependant loin du record absolu du monde animal. L’intensité lumineuse influence la forme de la pupille : allongée en fente étroite en pleine lumière, elle se dilate en un cercle parfait à la pénombre. Contrairement à une idée répandue, il est incapable de voir dans le noir complet. Il est toutefois beaucoup plus performant que nous dans la pénombre. La nuit, l’aspect brillant des yeux est dû à une couche de cellules de la rétine, appelée tapetum lucidum, qui agit comme un miroir et renvoie la lumière perçue, ce qui la fait passer une seconde fois dans la rétine et multiplie ainsi par deux son acuité visuelle dans l’obscurité.

En revanche, le chat ne perçoit pas les couleurs ni même les mouvements de la même façon que nous : il semblerait (cela est encore discuté) qu’il ne perçoit pas la couleur rouge et que, d’une manière générale, il distingue très mal les détails. Sa vision est granuleuse sur les images fixes alors qu’un objet en mouvement lui apparaît plus nettement (par exemple une proie en mouvement).

Une particularité de l’œil du chat est qu’outre les paupières inférieure et supérieure, il est protégé par une troisième paupière, la membrane nictitante. Celle-ci se ferme à partir du bord inférieur du coin interne de l’œil vers l’extérieur. Quand elle ne se referme pas complètement, c’est souvent le signe d’un problème de santé chez le chat (troubles digestifs, parasitisme le plus souvent ou entérite).

Son odorat est quarante fois plus performant que celui de l’humain et a une grande importance dans la vie sociale du félin pour délimiter son territoire. Par ailleurs, c’est son odorat développé qui lui permet de détecter la nourriture avariée et empoisonnée. Il possède vingt millions de terminaux olfactifs, contre cinq millions chez les humains.

Le sens du goût est développé chez le chat, moins que chez l’humain cependant : chez le chat, on compte près de 2000 bourgeons gustatifs alors que l’homme en possède 9000, soit 4,5 fois plus. Contrairement au chien, le sens gustatif du chat est localisé à l’extrémité de la langue, ce qui lui permet de goûter sans avaler. Il est sensible à l’amer, à l’acide et au salé, mais non au sucré.

Son sens du toucher est également bien développé. Ses vibrisses (« moustaches ») lui indiquent la proximité d’obstacles, même dans l’obscurité totale, en lui permettant de détecter les variations de pression de l’air. Celles-ci lui permettent aussi de mesurer la largeur d’un passage. Les coussinets garnissant ses pattes sont très sensibles aux vibrations et sa peau est constellée de cellules tactiles extrêmement sensibles.