化学感受器遍及全身，主要分布在鼻腔和口腔黏膜、舌部、眼结合膜、生殖器官黏膜、内脏壁、血管周围以及神经系统某些部位。

人类及其他高等动物的味感受器比较集中，主要分布在舌的背面和两侧的黏膜中，小部分散在咽、喉及口腔黏膜中。味感受器的基本结构是味蕾，大部分集中于舌乳头中。每个舌乳头包含上百个味蕾，每个味蕾有50～150个味感受器细胞。味感受器与位于味蕾底部附近的味觉传入纤维形成突触，分布在舌前部背侧及两侧边缘的味感受器主要接受甜和咸的刺激；分布在舌后部的，主要接受酸和苦的刺激。不同基本味质可激活不同的味觉感受器，对不同味质引起感受器反应的换能机制有所不同。例如，苦味质可触发胞内第二信使——钙离子，使其增加；甜味质可能是通过cAMP调控电压依赖性钾通道或者直接调控非电压依赖的钠通道；咸味质的典型化学物为食盐，可直接通过味感受器细胞膜上的非电压依赖的钠通道介导；酸味质可以从阿米洛利阻遏的通道进入味感受器，或通过关闭钾通道改变感受器细胞的膜电位。

能够引起嗅感受器兴奋的物质主要是气体分子、挥发性油类、酸类（如盐酸等），还有一些物质能成为气体中的悬浮物或蒸汽中的悬浮物（如臭雾中的成分）。嗅觉对人和动物都是识别环境的重要感觉，特别是群居动物，常可用于识别敌我、寻找巢穴、记忆归途、追逐捕猎物、逃避危害以及寻找配偶等。在辨别食物、探索毒害物质中，嗅感受器与味感受器多协同活动。高等动物包括人类，嗅感受器主要集中在鼻腔的上后部，称为嗅上皮（嗅黏膜）。嗅上皮含有3种细胞：嗅细胞、基底细胞和支持细胞。其中，嗅细胞是神经元，其轴突直接进入中枢神经系统，基底细胞是嗅细胞的前体细胞，支持细胞类似于胶质细胞。嗅质（气味分子）和嗅细胞纤毛上G蛋白偶联的气味受体结合，激活G蛋白，活化腺苷酸环化酶，增加cAMP的生成，打开cAMP门控的阳离子通道，产生感受器电位；与此同时，由于钙离子大量进入，钙激活氯通道开放，氯离子外流（嗅细胞胞内氯离子浓度高于胞外），嗅感受器电位进一步放大，引发动作电位。

颈动脉体位于总颈动脉的分叉处。颈动脉体由两种细胞构成：Ⅰ型细胞和Ⅱ型细胞。其中Ⅰ型细胞又称动脉球细胞，胞体较大，圆形，含有较多的线粒体，在这种细胞的周围聚集了很多的细神经末梢；Ⅱ型细胞从结构上看属于支持细胞或间质细胞，分布在Ⅰ型细胞的周围。颈动脉体的传入神经纤维加入颈动脉窦神经内，进入延髓的孤束核。颈动脉体化学感受器在呼吸运动的调节中起着重要作用，当血内二氧化碳（CO₂）分压升高时，这些感受器能引起呼吸加快，以排出过多的CO₂。当血内O₂分压过低时，通过这种感受器的传入冲动也可以反射性地使呼吸运动加强，以获得更多的O₂。另外，它还对某些有毒药物（如氰化物）敏感，能够感受有害物质的刺激，最终产生防御反射。

在主动脉弓或锁骨下动脉附近也有几个较小的类似颈动脉体的结构，叫作主动脉体，它们的传入神经纤维进入迷走神经干内，其作用也是感受血液成分的化学变化，借以调节呼吸运动。主动脉体的传入冲动还可以对血压起调节作用。

这类感受器都是分布在肌层或黏膜层内的游离神经末梢，当局部发炎时，组织分解产生的肽类或乳酸等增多，将会刺激这些神经末梢而加速其传入冲动的发放，经内脏传入神经纤维传向中枢，可引起剧痛。

肾球旁器细胞有感受Na^＋的作用，当入球小动脉内Na^＋浓度降低时，可兴奋球旁器细胞使之释放肾素，导致血内血管紧张素Ⅱ的浓度增高，进而刺激肾上腺皮质，使之分泌醛固醇，其结果是使肾小管对Na^＋的重吸收能力加强。

中枢神经系统内，除各核团及一定结构的神经元对不同递质或肽类有感受能力外，还有些部位具有感受器的作用。如延髓的腹外侧部有较大的一个区域对血液成分的变化很敏感，叫化学感受区，可以感受血液中CO₂分压升高的刺激。在第三脑室的前腹侧区内有感受血管紧张素Ⅱ的感受区。在下丘脑前部还有感受血液葡萄糖浓度变化的感受器等。

痛觉感受器不仅能识别伤害性物理刺激（冷热、机械），也能识别伤害性化学刺激（辣椒素、酸等）。背根神经节痛觉感受器表达有三大类受体：配体-门控离子通道、G蛋白偶联的受体和酪氨酸-激酶受体，介导化学信使的信号传递。例如，辣椒素受体TRPV1或酸敏离子通道（ASIC）在辣椒素和/或H^＋的作用下，开放通道导致阳离子内流，引起膜去极化；缓激肽（BK）可通过其G蛋白偶联受体活化磷脂酶C（PLC），激活磷酸激酶C（PKC），开放电压敏感的钙通道；前列腺素、ATP、组织胺、儿茶酚胺及多种促炎性细胞因子都可通过其相应的受体激活伤害感受器。