Das Geruchsorgan liegt am Anfang der Atemwege und nimmt ein jeweils Fünfpfennigstück großes Gebiet an der oberen Nasenmuschel (Concha nasalis superior) und dem benachbarten Nasenseptum ein.
Durch Farbstoffeinlagerungen (Pigmenteinlagerungen) hat die Riechregion eine gelbe Färbung und hebt sich damit von der umgebenen roten Schleimhaut ab. Ob die Pigmente beim Riechen beteiligt sind, ist unklar. Bekannt ist jedoch, dass Tiere ohne Pigmente (Albinos) keinen Geruchssinn haben.
Das Gewebe der Riechregion (mehr als 10 Millionen Rezeptorzellen) ist mit etwa 50 µm deutlich höher als in der übrigen Nasenschleimhaut. Es enthält vor allem Stützzellen, Ersatzzellen sowie Sinneszellen. Die Riechzellen sind mit feinsten Härchen (Cilien) besetzt (bis 12 pro Zelle) und von Schleim bedeckt.
Während die eine Seite der Sinneszellen als ”Riechkegel“ mit Riechhärchen (Dendrit) aus der Epitheloberfläche herausragt, geht der Zellleib auf der anderen Seite in einen Fortsatz über. Diese Fortsätze (Axone) ziehen schließlich zu Nervenzellen (Nervi olfactorii) gebündelt durch die kleinen Öffnungen der Siebplatte (Lamina cribrosa), einem zum Hirnschädel gehörenden Teil des Siebbeins.
Dort gelangen sie zu einem verdickten Teil des Riechhirns (Bulbus olfactorius), wo sie synaptisch enden. Der hier befindliche Nervus olfactorius zieht weiter zum Riechhirn und lässt dort die entsprechenden Sinneseindrücke entstehen.
Nach entsprechender Informationsverarbeitung wird der Geruch bewusst. Riechzellen sind Chemorezeptoren, d.h. die Erregung der Sinneszellen ist eine Folge chemischer Vorgänge an der Oberfläche der Härchen.
Wie jedoch die molekulare Reaktion abläuft, mit der Hunderte verschiedener Geruchsempfindungen unterschieden werden können, ist unklar.
Gasförmige Substanzen werden leichter gerochen. Auch Wasserlöslichkeit erhöht die Geruchsfähigkeit, weil die Geruchsmoleküle beim Verdunsten mit in die Luft gelangen.
Dieses Prinzip macht sich die Parfümindustrie zunutze. Das Wahrnehmen von Geruchsunterschieden ist trainierbar, ein Fachmann der Parfümgewinnung unterscheidet mehr als 5000 Gerüche. Hält ein Duft länger an, wird er nicht mehr wahrgenommen, weil die Geruchsempfindung ermüdet.
Es wird angenommen, dass alle Rezeptoren vom entsprechenden Duftstoff besetzt sind und sich erholen müssen.
Riechzellen sterben nach etwa 4 Wochen ab und werden durch neue ersetzt. Die abgestorbenen Zellen werden mit dem Schleim abgesondert. Für Gerüche gibt es keine eindeutigen Bezeichnungen, sondern sie werden meist nach den Objekten benannt, von denen sie ausgehen, z.B. Veilchenduft, Brandgeruch.
Tiere haben oft einen ausgeprägteren Geruchssinn als der Mensch. Sie können sich deshalb damit besser orientieren, z.B. der Hund bei der Spurensuche. Das Riechhirn ist eng mit dem limbischen System verbunden. Diese Verbindung erklärt, weshalb Gerüche als angenehm empfunden werden oder Ekel hervorrufen oder mit bestimmten Ereignissen in Verbindung gebracht werden.
