Koklama duyusu görme, işitme, tat alma, denge, dokunma, proprioseptörler (hareket ve vücudun konumuyla ilgili duyu), ağrı ve ısı duyularıyla birlikte temel duyulardan biridir. Koklama duyusu, havayla birlikte içeri çekilen maddeciklerin kimyasal doğasına ve ağızla yutaktan burna ulaşan gıda maddeleriyle içeceklerin kokusuna yanıt verir. Koku vermek için doğal gaza eklenen metil merkaptan gibi bazı uçucu maddelere karşı olağanüstü duyarlıdır.
Kokular, burnun iç çeperindeki sinir hücreleri tarafından algılanır. Koku duyuları, koklama sinirleriyle beynin, burnun üzerinde yer alan ve rinensefalon ya da limbik sistemi barındırdığı için limbik lop olarak bilinen kısmına gönderilir.
Burun boşluklarının tavanında mukus zarı, kokuları algılamak için özel niteliklere sahip sinir hücreleri içerir. Mukus zarının bu bölgesine koklama epiteli ya da koklama organı adı verilir; toplam alam yaklaşık 5 santimetre karedir. Geçen havadan kokuları çözmek için epitelin yüzeyi nemli tutulur. Yaklaşık 100 milyon tane olan koku algılayıcı hücre, değişime uğramış birer çekirdektir. Her bir hücrenin gövdesinden epitele doğru bir uzantı çıkar ve burada koklama kabarcığı olarak son bulur. Bu kabarcık, koku algılayıcısı olarak görevlidir. Miyelin kılıfına sahip olmayan bir sinir lifi, duyuyu, her bir algılayıcı hücresinden epitelin altındaki bağ dokusuna taşır; burada diğerleriyle birleşerek koklama sinir lifleri demetini oluşturur ve koklama sinirleri adını alır. Yaklaşık 20 tane olan koklama siniri, etmoid kemiğinin delikli plakasından geçip koklama sinirinin ön ucu olarak beyinde son bulur.
Bu ön uçlar, beynin koklama alanına doğru uzanan oval yapılardır. Koklama sinirleri ön uçları içinde koku algılayıcı hücrelerin sinir lifleri toplanıp kronik şekilleri nedeniyle mitral hücreler olarak adlandırılan hücre uzantılarında sona ererler (sinaps). Her bir mitral hücrede yaklaşık 1.000 sinir lifi vardır. Koku algılayıcı hücrelerle mitral hücreler arasındaki bu sinapslar, glomeruller adı verilen kümeleri oluşturmak için gruplar halinde toplanırlar. Mitral hücrelerin sinir lifleri, arka tarafa doğru hareket ederek beyin kabuğuyla ön beynin komşu kısımlarında sona erer; böylece kokunun bilinçli algısı için bir geçit oluştururlar. Bu nedenle koku algılayıcılarından beyin kabuğuna uzanan yolda sadece bir tane sinaps (koklama siniri ön ucu içinde) bulunur; bu, diğer bütün duyulara oranla daha doğrudan bir bağlantıdır. Koklama siniri ön ucu içindeki diğer hücreler (çekirdekler arası), bir glomeruli diğerine bağlar; ayrıca iki koklama sinirinin ön uçlarını orta hatta birleştirir. Mitral hücrelerle diğer hücrelerden gelen sinir lifleri, koku alma sistemi boyunca yolculuk ederek ya doğrudan ya da dolaylı olarak, ileti sinir hücrelerine dönüşerek, beynin orta koklama alanıyla yan koklama alanı olarak bilinen iki kısmında son bulurlar.
Hem orta hem de yan koklama alanlarının hipotalamus, hipokampus ve beyin sapıyla sinir bağlantıları vardır. Bu alanlar, kokulara, özellikle de beslenme etkinliklerine verilen otomatik yanıtları (tükürük gibi) ve duygusal yanıtları (zevk, korku ve cinsel istek gibi) denetler.

Koklama duyusunun yitimi (anozmi), en yaygın olarak burnun tıkanması sonucu (örneğin soğuk algınlığında olduğu gibi) meydana gelir. Koku halüsinasyonları, beynin şakak kemiği bölümüne uyan kısmında tümörler gibi fiziksel ya da psikolojik nedenler sonucu ortaya çıkabilir.