Kuulo
Kuten muillakin matelijoilla, merikilpikonnienkin korvassa on yksi luu välikorvassa, joka johtaa värähtelyjä sisäkorvaan. Tutkijat ovat havainneet, että merikilpikonnat reagoivat matalataajuisiin ääniin ja värähtelyihin.
Silmänäkö
Merikilpikonnat näkevät hyvin veden alla, mutta ovat lyhytnäköisiä ilmassa.
Merikilpikonnat näkevät lähes ultraviolettia, violettia, sinivihreää ja keltaista valoa. Ne eivät ole herkkiä valolle näkyvän spektrin oranssista punaiseen ulottuvalla alueella.
Tuntoaisti
Merikilpikonna on herkkä kosketukselle räpylöidensä pehmeillä osilla ja kuorellaan.
Maku
Merikilpikonnien makuaistista tiedetään vain vähän.
Haju
Vähemmistö tutkijoista uskoo, että merikilpikonnilla on tarkka hajuaisti vedessä. Kokeet osoittavat, että poikaset reagoivat katkarapujen tuoksuun. Tämä sopeutuminen auttaa merikilpikonnia löytämään ruokaa sameassa vedessä.
Merikilpikonna avaa hieman suutaan ja imee vettä nenän kautta. Sitten se tyhjentää veden heti uudelleen suun kautta. Kurkun sykkivien liikkeiden uskotaan liittyvän haistamiseen.
Sisäinen kompassi
Merikilpikonnilla on sisäinen kompassi, jota poikaset käyttävät suuntautuakseen Maan magneettikenttään uituaan aallokon läpi. Myös aikuiset saattavat käyttää magneettitietoa suunnistamiseen.