Smaksinnet är beroende av flera specialiserade strukturer på tungan och i svalgregionen. Sulcus terminalis skiljer främre två tredjedelar av tungan från den bakre tredjedelen. De fungiforma papillerna är koncentrerade till den främre delen och bär många smaklökar. De circumvallata papillerna är lokaliserade längs sulcus terminalis och är särskilt rika på smaklökar. Foliate papiller återfinns mestadels längs sidorna av tungan. Filiforma papiller, som inte innehåller smaklökar, ansvarar för friktion och struktur. Smaklökar finns även på epiglottis och i farynx.
Inuti varje smaklök finns smakceller som synapsar direkt med afferenta nervterminaler. En enskild smakcell kan uttrycka flera olika receptorer och svara på olika smakkvaliteter som sötma, salt, surhet, beska och umami. Receptorbaserad aktivering varierar beroende på typ av smak.
För smaker som söt, bitter och umami används G-protein-kopplade receptorer. När en smakmolekyl binder till receptorn aktiveras fosfolipas C, vilket bryter ned PIP2 till DAG och IP3. DAG aktiverar proteinkinas C, medan IP3 binder till receptorer på det glatta endoplasmatiska nätverket och frisätter kalcium. Kalcium underlättar exocytos av neurotransmittorer som ATP eller serotonin till synapsen. PKC kan också påverka membranpotentialen via jonkanaler.
Salt och sur smak registreras via direkt passage av natrium- respektive vätejoner in i smakcellen. Denna joninflux leder till depolarisering, vilket öppnar spänningsstyrda kalciumkanaler och resulterar i exocytos och synaptisk överföring.
De afferenta nerver som leder smakimpulser kommer från tre kranialnerver. Nervus facialis (CN VII) förmedlar smak från främre två tredjedelar av tungan via geniculatum ganglion och in i nucleus tractus solitarius (NTS) i medulla. Nervus glossopharyngeus (CN IX) leder smak från bakre tredjedelen av tungan och circumvallateområdet genom sitt inferiora ganglion via jugulärforamen till NTS. Nervus vagus (CN X) tar smakimpulser från epiglottis och farynx via nodose ganglion genom jugulärforamen till samma kärna.
Från NTS går smakimpulser till pontina smakområden och vidare till thalamus, där de omkopplas i VPM-kärnan. Därefter leds signalerna till den primära gustatoriska barken i insula. Information går också vidare till limbiska strukturer som hippocampus och amygdala, samt till hypothalamus, vilket möjliggör emotionell och homeostatisk bearbetning av smak.