سنسور اکسیژن با تشخیص محتوای اکسیژن در گاز خروجی موتور، اطلاعات غلظت گاز مخلوط شده را به ECU برمی گرداند و قبل از کاتالیزور سه طرفه روی لوله اگزوز نصب می شود.

عنصر حساس سنسور اکسیژن که برای تولید سیگنال ولتاژ استفاده می شود، دی اکسید زیرکونیوم (ZrO2) است که دارای یک لایه پلاتین در سطح بیرونی آن و یک لایه سرامیک در خارج از پلاتین برای محافظت از الکترود پلاتین است. قسمت داخلی عنصر حسگر سنسور اکسیژن در معرض اتمسفر است و قسمت بیرونی از گاز اگزوز تخلیه شده توسط موتور عبور می کند. هنگامی که دمای سنسور بالاتر از 300 درجه سانتیگراد باشد، اگر میزان اکسیژن در هر دو طرف کاملاً متفاوت باشد، نیروی الکتروموتور در هر دو طرف ایجاد می شود. محتوای اکسیژن در داخل سنسور زیاد است زیرا به اتمسفر تهویه می شود. هنگامی که مخلوط رقیق است، محتوای اکسیژن در گاز خروجی زیاد است. اختلاف محتوای اکسیژن بین دو طرف سنسور بسیار کم است، بنابراین نیروی الکتروموتور تولید شده توسط آن نیز بسیار کم است (حدود 0.1 ولت). با این حال، هنگامی که مخلوط بیش از حد غنی است، محتوای اکسیژن در گاز خروجی بسیار کم است، اختلاف غلظت اکسیژن بین دو طرف عنصر حساس زیاد است، و نیروی محرکه الکتریکی تولید شده نیز زیاد است (حدود 0.8 ولت). هیتر داخل سنسور اکسیژن برای گرم کردن عنصر حساس استفاده می شود تا بتواند به طور معمول کار کند.

اگر سنسور اکسیژن خروجی سیگنال نداشته باشد یا سیگنال خروجی غیرعادی باشد، مصرف سوخت و آلودگی اگزوز موتور را افزایش می‌دهد و در نتیجه باعث ناپایدار شدن سرعت دور آرام، شلیک ناقص و پچ پچ می‌شود. خطاهای رایج سنسور اکسیژن عبارتند از:

1) مسمومیت با منگنز. اگرچه دیگر از بنزین سرب دار استفاده نمی شود، اما عامل ضد ضربه در بنزین حاوی منگنز است و یون های منگنز یا یون های منگنات پس از احتراق به سطح سنسور اکسیژن منتهی می شوند، به طوری که نمی تواند سیگنال های عادی تولید کند.

2) رسوب کربن. پس از رسوب کربن سطح ورق پلاتین سنسور اکسیژن، سیگنال های ولتاژ معمولی نمی توانند تولید شوند.

3) خروجی ولتاژ سیگنال به دلیل تماس ضعیف یا مدار باز در مدار داخلی سنسور اکسیژن وجود ندارد.

4) عنصر سرامیکی سنسور اکسیژن آسیب دیده است و نمی تواند سیگنال ولتاژ طبیعی ایجاد کند.

5) سیم مقاومت هیتر سنسور اکسیژن سوخته و یا مدار آن قطع شده است که باعث می شود سنسور اکسیژن نتواند به سرعت به دمای کار معمولی برسد.