Chuyển đổi năng lượng là quá trình chuyển hóa một dạng năng lượng này thành dạng năng lượng khác. Trong cảm giác, đó là sự biến đổi các năng lượng kích thích—ánh sáng, âm thanh, hóa chất, cơ học—thành các xung thần kinh mà não bộ có thể giải thích.

Các thụ thể ánh sáng chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện; các tế bào lông trong ốc tai chuyển đổi rung động cơ học thành xung thần kinh; các thụ thể khứu giác và vị giác chuyển đổi cấu trúc hóa học thành điện thế thụ thể. Mỗi phương thức cảm giác đều có các tế bào thụ thể chuyên biệt và bộ máy phân tử được tối ưu hóa cho dạng năng lượng đặc thù của nó. Mã thần kinh thu được lưu giữ thông tin về cường độ, chất lượng và, trong nhiều trường hợp, cả mô hình không gian hoặc thời gian.

Nếu không có quá trình chuyển đổi tín hiệu thì sẽ không có cảm giác. Thế giới vật chất sẽ nằm ngoài hệ thần kinh. Hiệu quả và tính đặc hiệu của quá trình chuyển đổi tín hiệu quyết định độ nhạy và phạm vi của mỗi giác quan. Tổn thương các tế bào thụ thể hoặc cơ chế chuyển đổi tín hiệu của chúng sẽ dẫn đến mất cảm giác tương ứng.

Bước đầu tiên từ năng lượng vật lý đến tín hiệu thần kinh là quá trình chuyển đổi tín hiệu.