A kisdenevéreknek az evolúció során rendkívül érdekes tájékozódási rendszere alakult ki. Lazzaro Spalanzani olasz természetkutató már 1793-ban vizsgálta a denevérek és a baglyok tájékozódási képességét. Úgy találta, hogy míg a baglyok a sötét szobában csak akkor repültek, ha legalább egy gyertya égett, addig a denevérek még akkor is teljes biztonsággal repkedtek, ha megvakította őket. Bár Spalanzani – korát jócskán megelőzve – megállapította, hogy „a denevérek a fülükkel látnak”, még a XX. század eleji szakirodalomban is azt olvashatjuk, hogy a pofájukon található érzékeny szőrök segítségével tájékozódnak. A harmincas években, amikor már kifejlesztették az érzékeny ultrahangtartományban is halló mikrofonokat, végül sikerült bizonyítani, hogy a denevérek orientálódásukhoz magas frekvenciájú hangokat használnak, amelyeket a gégefőben képeznek. Egyes fajok – mint például a patkósdenevérek – speciális orrszervükön, más fajok – mint a simaorrú denevérek – szájukon keresztül bocsátják ki ezeket a hangjeleket. A denevérek a leadott jelek fülbe jutó visszhangja – a tárgyakról visszaverődő hangok – alapján következtetnek környezetükre. Az ultrahangos tájékozódási rendszer a mi látásunknál sokkalta hatékonyabb: a 0,2 milliméter vastag huzalokat a legtöbb kisdenevér képes kikerülni, de vannak olyan fajok, amelyek a 0,1 milliméter vastag nejlonszálat is észreveszik.
A tájékozódási hangjelek fajonként változnak, frekvenciájuk és időtartamuk szerint három fő csoportjuk van, ezek a CF/FM (állandó frekvencia és frekvenciamodulált), az FM (frekvenciamodulált) és a HF (harmonikus frekvencia) típusú hangok. Az állandóan változó tájékozódási helyzethez alkalmazkodva egy adott denevérfaj többféle hangtípust is használhat: a rőt koraidenevérek például szabad terület felett repülve hosszú, állandó frekvenciájú, rovarfogás előtt pedig rövid, FM típusú jeleket adnak.
A denevérek repülés közben gyakran hallatnak cincogásszerű hangokat, azaz vannak olyan szociális hangjeleik, amelyek az emberi fül számára is észlelhetőek. Sőt a szinte tökéletes ultrahangos rendszerük ellenére sem vakok, a tájékozódáshoz szemüket is használhatják.