يقوم مستشعر الأكسجين بإرجاع معلومات تركيز الغاز المختلط إلى وحدة التحكم الإلكترونية عن طريق الكشف عن محتوى الأكسجين في غاز عادم المحرك، ويتم تثبيته على أنبوب العادم قبل المحفز ثلاثي الاتجاه.

العنصر الحساس لمستشعر الأكسجين المستخدم لتوليد إشارة الجهد هو ثاني أكسيد الزركونيوم (ZrO2)، الذي يحتوي على طبقة من البلاتين على سطحه الخارجي، وطبقة من السيراميك على السطح الخارجي للبلاتين لحماية قطب البلاتين. يتعرض الجانب الداخلي لعنصر الاستشعار في حساس الأكسجين إلى الغلاف الجوي، ويمر الجانب الخارجي عبر غاز العادم الذي يفرغه المحرك. عندما تكون درجة حرارة المستشعر أعلى من 300 درجة مئوية، إذا كان محتوى الأكسجين على كلا الجانبين مختلفًا تمامًا، فسيتم توليد قوة دافعة كهربائية على كلا الجانبين. محتوى الأكسجين الموجود داخل المستشعر مرتفع لأنه يتم تهويته إلى الغلاف الجوي. عندما يكون الخليط رقيقًا، يكون محتوى الأكسجين في غاز العادم مرتفعًا. الفرق في محتوى الأكسجين بين جانبي المستشعر صغير جدًا، وبالتالي فإن القوة الدافعة الكهربائية المتولدة عنه تكون أيضًا صغيرة جدًا (حوالي 0.1 فولت). ومع ذلك، عندما يكون الخليط غنيًا جدًا، يكون محتوى الأكسجين في غاز العادم صغيرًا جدًا، ويكون فرق تركيز الأكسجين بين جانبي العنصر الحساس كبيرًا، وتكون القوة الدافعة الكهربائية المولدة كبيرة أيضًا (حوالي 0.8 فولت). يتم استخدام السخان الموجود داخل حساس الأكسجين لتسخين العنصر الحساس حتى يتمكن من العمل بشكل طبيعي.

إذا لم يكن لدى مستشعر الأكسجين مخرج إشارة أو كانت إشارة الخرج غير طبيعية، فسيؤدي ذلك إلى زيادة استهلاك الوقود وتلوث عادم المحرك، مما يؤدي إلى سرعة خمول غير مستقرة واختلال في الإشعال والثرثرة. الأخطاء الشائعة لمستشعر الأكسجين هي:

1) التسمم بالمنغنيز. على الرغم من أن البنزين المحتوي على الرصاص لم يعد يستخدم، إلا أن العامل المضاد للخبط في البنزين يحتوي على المنغنيز، وأيونات المنغنيز أو أيونات المنغنيز بعد الاحتراق ستؤدي إلى سطح مستشعر الأكسجين، بحيث لا يمكنه إنتاج إشارات عادية.

2) ترسيب الكربون. بعد ترسيب الكربون على سطح الطبقة البلاتينية لمستشعر الأكسجين، لا يمكن توليد إشارات الجهد العادي.

3) لا يوجد خرج جهد للإشارة بسبب ضعف الاتصال أو الدائرة المفتوحة في الدائرة الداخلية لمستشعر الأكسجين.

4) تلف عنصر السيراميك في مستشعر الأكسجين ولا يمكنه توليد إشارة جهد عادية.

5) احتراق سلك المقاومة الخاص بسخان حساس الأوكسجين أو تعطل دائرته مما يجعل حساس الأوكسجين غير قادر على الوصول إلى درجة حرارة العمل العادية بسرعة.