Sluch
Stejně jako ostatní plazi má i mořská želva ve středním uchu jedinou kost, která vede vibrace do vnitřního ucha. Vědci zjistili, že mořské želvy reagují na nízkofrekvenční zvuky a vibrace.
Zrak
Mořské želvy vidí dobře pod vodou, ale na vzduchu jsou krátkozraké.
Mořské želvy vidí téměř ultrafialové, fialové, modrozelené a žluté světlo. Nejsou citlivé na světlo v oranžové až červené oblasti viditelného spektra.
Taktil
Mořská želva je citlivá na dotek na měkkých částech ploutví a na krunýři.
Chuť
O chuťovém vjemu mořské želvy je známo jen málo.
Čich
Většina vědců se domnívá, že mořské želvy mají ve vodě ostrý čich. Pokusy ukazují, že vylíhlá mláďata reagují na pach krevet. Tato adaptace pomáhá mořským želvám najít potravu v kalné vodě.
Mořská želva mírně otevře tlamu a nosem nasaje vodu. Poté vodu ihned ústy opět vypustí. Předpokládá se, že pulzující pohyby hrdla souvisejí s čichem.
Vnitřní kompas
Mořské želvy mají vnitřní kompas, který mláďata používají k orientaci podle magnetického pole Země poté, co proplují příbojovou zónou. Dospělí jedinci mohou magnetické informace využívat také k navigaci
.