W nosie znajduje się 40-50 mln receptorów węchowych. Każdy z nich jest komórką układu nerwowego, która od strony jamy nosowej ma 10-20 tzw. rzęsek. Aby doszło do pobudzenia receptorów, lotna substancja zapachowa wraz z wdychanym powietrzem dociera do nabłonka węchowego i rozpuszcza się w pokrywającym go śluzie. Dochodzi do pobudzenia rzęsek. Rozpoczyna to reakcje biochemiczne prowadzące do powstania impulsów elektrycznych w neuronie węchowym. Impulsy te są przekazywane do opuszki węchowej, leżącej nad polem węchowym, i dalej bezpośrednio do kory węchowej mózgu.

Kora węchowa mózgu znajduje się tuż nad nosem – dlatego droga przesyłania informacji jest szybka i krótka. To odróżnia zmysł powonienia od innych zmysłów. W przypadku wzroku czy dotyku impuls elektryczny musi pokonać wiele „stacji przekaźnikowych” systemu nerwowego, zanim dotrze od receptora do kory mózgowej. Receptory węchowe są unikatowym miejscem najbliższego i niemal bezpośredniego kontaktu układu nerwowego ze światem zewnętrznym.

Pod względem fizycznym zapachy, które odczuwamy, to bardzo małe cząsteczki, liczące od kilku do kilkudziesięciu atomów węgla. Jednak nie liczba atomów węgla decyduje o zapachu, ale ich układ przestrzenny. Cząstki o tej samej liczbie atomów i różnej budowie przestrzennej będą odbierane jako różne zapachy.

Wrażliwość na zapachy nie jest cechą stałą i niezmienną. U każdego może być ona inna i każdy może inaczej odbierać ten sam zapach. Wrażliwość zmienia się także u tej samej osoby w zależności od pory dnia, nastroju, stanu zdrowia czy wieku. Kobiety mają z reguły lepszy węch niż mężczyźni. Potrafią też rozróżnić większą liczbę zapachów.

Ciąża istotnie wpływa na odczuwanie zapachów. Kobiety ciężarne zyskują większą wrażliwość na niektóre zapachy, podczas gdy inne zapachy mogą odczuwać w sposób znacznie przytłumiony. Po ciąży najczęściej następuje powrót do stanu wyjściowego. Typowe dla kobiet jest również to, że wrażliwość na zapachy zmienia się w przebiegu cyklu miesiączkowego.