Geruchsstoffe sind kleine, wasserunlösliche Moleküle, die mit dem Luftstrom transportiert werden. Sie erreichen das olfaktorische Epithel in der Nasenhöhle, wo sie an spezielle Rezeptoren in den olfaktorischen Cilien der Riechsinneszellen binden. Diese Rezeptoren sind G-Protein-gekoppelte Rezeptoren, die eine intrazelluläre Signalkaskade aktivieren. Dadurch steigt die Konzentration von cAMP, was das Öffnen von CNG-Kanälen zur Folge hat. Der anschließende Einstrom von Kationen depolarisiert die Membran der Riechsinneszellen. Zusätzlich verstärken Chloridkanäle vom Typ Anoctamin-2 die Depolarisation, indem sie den Ausstrom von Chloridionen ermöglichen. Jede Riechsinneszelle besitzt nur einen einzigen Rezeptortyp, der jedoch verschiedene Geruchsstoffe mit unterschiedlicher Affinität binden kann. Dies führt zu spezifischen Aktivierungsmustern der Riechsinneszellen, die über afferente Nervenfasern an den Bulbus olfactorius weitergeleitet werden. Dort konvergieren die Axone aller Riechsinneszellen mit demselben Rezeptortyp auf einen einzigen Glomerulus, der die entsprechenden Geruchsinformationen verarbeitet. Das olfaktorische System zeigt eine sehr effektive Adaptation, die auf der Phosphorylierung von Geruchsrezeptoren sowie der Inaktivierung der Komponenten der Signalkaskade beruht. Neben den zahlenmäßig häufigsten olfaktorischen Rezeptoren kommen noch Spurenaminrezeptoren (TAARs) sowie die nicht an G-Proteine gekoppelten Rezeptoren der MS4A-Familie vor.