Het reukvermogen wordt gestuurd door de activiteiten van het olfactorische systeem. Het begint wanneer een geurstof in de lucht de neusholte binnendringt en het de olfactorisch epitheel (OE) bereikt. De OE wordt beschermd door een dun laagje slijm, dat ook dient om complexere verbindingen op te lossen in eenvoudigere chemische geurstoffen. De grootte van de OE en de dichtheid van de sensorische neuronen varieert van soort tot soort; bij mensen is de OE slechts ongeveer 9-10 cm 2 .
De olfactorische receptoren zijn ingebed in de trilharen van de olfactorische sensorische neuronen. Elk neuron brengt slechts één type olfactorische receptor tot expressie. Elk type olfactorische receptor is echter breed afgestemd en kan binden aan meerdere verschillende geurstoffen. Als receptor A bijvoorbeeld bindt aan geurstoffen 1 en 2, kan receptor B zich binden aan geurstoffen 2 en 3, terwijl receptor C zich bindt aan geurstoffen 1 en 3. De detectie en identificatie van een geur hangt dus af van de combinatie van geurreceptoren die de geur herkennen; dit heet combinatorische diversiteit.
Olfactorische sensorische neuronen zijn bipolaire cellen met een enkele lange axon die olfactorische informatie naar de olfactorische bol (OB) stuurt. De OB is een deel van de hersenen dat wordt gescheiden van de neusholte door de cribriform-plaat. Omdat de neus en de hersenen nabij gelegen zijn, wordt de ontwikkeling het toepassen van nasale geneesmiddel uitgebreid bestudeerd, vooral wanneer directe toegang tot het centrale zenuwstelsel de voorkeur heeft.
Binnen de OB eindigen axonen van sensorische neuronen in een gespecialiseerd gebied dat een glomerulus wordt genoemd. Sensorische neuronen met hetzelfde reukreceptortype sturen hun axonen naar dezelfde een of twee glomeruli. Hierdoor kunnen er duizenden axonen van vergelijkbare sensorische neuronen samenkomen binnen een enkele glomerulus. Al die sensorische informatie wordt doorgegeven aan slechts 20-50 mitralis- en tuftcellen per glomeruli, dus alle informatie komt samen. Periglomerulaire en granulaire cellen zijn remmende interneuronen die overspraak tussen mitralis- en tuftcellen veroorzaken voordat de olfactorische informatie naar de cortex wordt gestuurd.
Vanuit de OB projecteren de mitralis- en tuftcellen informatie naar de reukcortex. De reukcortex is een complex van verschillende corticale gebieden die olfactorische informatie verwerken. Een olfactorisch gebied, de corticale amygdala, beïnvloedt emotionele reacties op reuk. De orbitofrontale cortex is betrokken bij de identificatie van geuren en de beloningswaarde van geuren en smaken. De entorinale cortex, een ander olfactorisch corticaal gebied, projecteert naar de hippocampus, die betrokken is bij het reukgeheugen.
Het vermogen om geuren te detecteren en te identificeren omvat corticale gebieden van een hogere orde. Een dergelijke integratie op hoog niveau kan verband houden met de verminderde reukfunctie die wordt waargenomen bij veel neurodegeneratieve aandoeningen, zoals de ziekte van Parkinson en Alzheimer. Het verminderde reukvermogen – hyposmie – was voorheen een symptoom van beide aandoeningen.
