Rekiny mają stosunkowo małe mózgi, stanowiące ok. 0,5% masy ciała (u ludzi ok. 2%). Mimo rozmiaru mózg rekina jest złożony i podzielony na obszary:
Przódmózg: Przetwarza informacje sensoryczne, uczenie się i pamięć.
Śródmózg: Steruje ruchem i równowagą.
Rombowiec: Zarządza oddychaniem, rytmem serca i trawieniem.
Rekiny mają też plexus choroideus, który zasila składniki odżywcze i produkuje płyn mózgowo-rdzeniowy. Posiadają ostry węch, słuch i elektrycepcję, uczą się przez skojarzenia i mają ograniczoną pamięć długotrwałą.