Žralok má k dispozícii zmyslové orgány, z ktorých niektoré sú v ríši zvierat celkom ojedinelé (Lorenziniho ampuly).
Dosah žraločieho sluchu je niekoľko tisíc metrov. Pokusy preukázali, že žraloky sluchom zachytávajú aj veľmi nízke frekvencie, ktoré človek nepočuje, a zdroje týchto nízkych frekvencií ich dokonca priťahujú.
V poradí citlivosti žraločích zmyslových orgánov stojí čuch s dosahom niekoľko sto metrov hneď na druhom mieste za sluchom. Žraloky sú schopné ucítiť jeden diel krvi v niekoľkých miliónoch dielov vody. Okrem pachu krvi reagujú aj na pach sekrétu, vydávaného vyplašenými rybami.
Postranná čiara funguje na spôsob detektoru zmeny polohy tým, že registruje najmenší záchvev vodného prúdu a teda aj vibrácie, ktoré z neho pramenia. Okrem toho má navyše rozhodujúcu úlohu v udržovaní rovnováhy. Často je porovnávaná so sonarom. Ide o kanálik prebiehajúci pod kožou takmer po celej dĺžke oboch strán trupu, ktorý je s kožným povrchom spojený pomocou ďalších menších kanálikov. Ďalšie podobné kanáliky sú tiež umiestnené na hlave, kde okružujú oči a sledujú okraj čeľustí. Vo vnútri kanálikov sú zmyslové bunky nazývané neuromasty, ktoré registrujú tlaky, ktoré sa na ne prenášajú z tekutiny (tzv. lymfy), v ktorej sa vznášajú. Takto získané informácie sú potom odovzdávané do mozgu.
Zmyslové dutiny sú rozdelené po celej dĺžke tela od hlavy až ku koreňu chvosta. Častejšie ich nachádzame u žralokov z hlbokých morí. Vznikajú vzájomným prekrytím dvoch priľahlých, od ostatných odlišných šupín. Vo vnútri každej takto vzniknutej dutinky je bradavka a jedna veľká senzitívna bunka (tzv. voľný neuromast). Toto usporiadanie je úplne totožné s bunkami, ktoré u človeka a ostatných živočíchov vytvárajú na jazyku orgány chuti. Pokusy dokázali, že sú tieto štruktúry citlivé na chemické podnety, čo podporuje domnienku, že skutočne ide o tieto orgány. Detekčná vzdialenosť zmyslových dutín je rovnako ako u postrannej čiary rádovo 100 – 200 metrov.
Oko žraloka sa podobá oku stavovcov, ale je veľmi dobre prispôsobené morskému prostrediu. Sietnica obsahuje veľký počet tyčiniek (videnie v tme) a menší počet čípkov (ostrosť a vnímanie farieb). Zornička sa môže otvárať aj zatvárať veľmi rýchlo podľa intenzity svetla a kvôli minimálnemu osvetleniu v podmorskom prostredí má oko aj tapetum lucidum (vrstva buniek za sietnicou schopných odrážať naspäť svetlo, ktoré už raz sietnicou prestúpilo) vlastné nočným dravcom. Žraloky vidia na kratšiu vzdialenosť aj nad vodnou hladinou, najmä žralok modrý je známy vystrkovaním hlavy nad vodu. Niektoré druhy žralokov majú zvláštny druh viečka, tzv. mžurku, čo je membrána, ktorá im najmä pri útoku prepadáva ako ochrana cez oko. Iné druhy žralokov mžurku nemajú, ale často skôr ako zaútočia, stočia oči dozadu, aby si ich chránili. Lorenziniho ampule a vetvenie postrannej čiary Zrakový systém žraloka modrého vykazuje niektoré odchýlky od ostatných druhov. Má výborne adaptované oko pre dobré videnie cez deň a dokonalé rozlišovanie farieb, zato je menej špecializované na nočné videnie, čo zodpovedá tomu, že je denným dravcom.
Lorenziniho ampuly Lorenziniho ampuly, ktoré sú umiestené pod papuľou žraloka, sú detektory teplotných a vibračných zmien a zaznamenávajú tiež zmeny slanosti, kontaktného tlaku, a aj celkom nepatrné zmeny elektrického poľa. Nespočetné pokusy dokázali, že aj v celkom kalnej vode dokážu žraloky lokalizovať svoju korisť, a to aj vtedy, ak je napríklad nehybná alebo dokonca zahrabaná v piesku (všetky živočíchy vrátane človeka vytvárajú slabé elektromagnetické pole). Tento orgán tiež veľmi pravdepodobne nahradzuje zrak, keď má žralok pri útoku zakryté oko mžurkou alebo ho pootočí dozadu.