听力
听觉是加利福尼亚海狮最重要的感官之一。
研究人员认为，加州海狮在水下能听到1至40khz的声音，最高灵敏度为15至30khz。加利福尼亚海狮的叫声一般在1到4千赫之间。人类的平均听力范围约为0.02至20千赫。
水中的听觉可能很敏锐，有很好的方向性。
在空中，加利福尼亚海狮的听觉可能比人类稍差。加州海狮对空气中发出的声音比“真正的”海豹(海狮科)更敏感，但没有海狮敏感。
没有证据支持海狮有回声定位能力的理论。
视力
水下视觉是敏锐的。和其他鳍足类动物一样，加利福尼亚海狮有圆形的晶状体，使它们的眼睛能够聚焦进入水中的折射光线。
在陆地上，加利福尼亚海狮对大胆的轮廓和快速的动作有很好的辨别能力。人类太快靠近会引起警报反应。
海狮的眼睛对光线强度的变化非常敏感。
- 眼睛的视网膜包含更多的光聚集的视杆细胞比锥细胞，区分颜色。
- 加利福尼亚海狮有一个发育良好的反光膜，在视网膜后的一层反射板。这些平板像镜子一样，第二次将光线反射回视网膜，增加了视杆细胞的聚光能力。(猫的反光膜和猫的眼睛在夜间反光时发光的结构是一样的)。
- 在水中，海狮的眼睛很容易适应光线的减弱;在空气中，光线的减弱会导致视力的急剧下降。
最近的研究表明，海狮可以区分蓝绿光谱中的颜色;这可能是它们对水生环境的适应。
触觉
加利福尼亚海狮寻找与其他海狮的身体接触。在陆地上，加利福尼亚海狮成群结队，经常互相触摸，躺在一起。
海狮用它灵敏的触须探索陆地和水中的物体。神经网络将触觉信息从触须传送到大脑。
味道
研究人员认为海狮的味觉发育不良。
气味
鳍足类大脑的嗅叶一般较小;然而，在陆地上，嗅觉在雌性幼崽识别和雄性发情雌性识别中起着重要作用。海狮也许能通过几百米外的气味嗅出人来。
