水蛭的神经系统属链状神经系统，头部由咽上神经节（脑神经节）、咽下神经节以及围咽神经构成。成对的腹神经索联结腹部的各个神经节，腹神经索的各个神经节分出前、后两对神经，分别通到身体的背面和腹面。
水蛭养殖的感官包括光感细胞和感觉性细胞群。
光感细胞集中在头端背部的数对眼点上，这些眼的结构比高等动物的简单得多，仅由一些特化了的表皮细胞、感光细胞、视细胞、色素细胞核视神经构成，视觉能力较弱，主要色素感受光线方向和强度。一般来说，水蛭是光的。
觉性细胞群分布在蛭类体表，也称为感受器，由表皮细胞特化而成，其下端与感觉神经末梢相接触，并且在头端和每一体节的中环分布较多。按照其功能的不同可分为物理感受器（触觉感受器）和化学感受器。
蛭的触觉感受器对外界的水流、波动、震荡、温度非常敏感。吸血水蛭能根据水波相当准确地确定波动的中心位置并迅速游去，所以人在插秧时，双脚动得越厉害，游来的水蛭越多，有一句俗话说“蚂蟥听水响”，这是有理的。在有水蚂蟥的场所，只要用一根木棒在水中划动几下，就可以招引医蛭游来。但是石蛭科的种类对震动的反应是身体迅速缩短，与上述的吸血种类探索反应有所不同。
水蛭的化学感受器很发达，而且仅限于头部，能对水中的化学物质起强、弱、急、缓等不同的反应。实验证明，医蛭对甲酸、丙酸、异丁酸、柠檬酸、盐酸、酚、氨    藍的反应都很强烈，对醋酸的反应较弱。一般水蛭在受到化学药品刺激后，头部离开水面后，水蛭不再感受到有毒物质的刺激。水蛭对包括食物在内的种种化学刺激，特别是吸血种类对血液刺激的反应都局限于头部背唇及口部皮肤上的化学感受器。