Skābekļa sensors nodod atpakaļ informāciju par jauktās gāzes koncentrāciju ECU, nosakot skābekļa saturu dzinēja izplūdes gāzēs, un tas tiek uzstādīts uz izplūdes caurules pirms trīsceļu katalizatora.

Skābekļa sensora jutīgais elements, ko izmanto sprieguma signāla ģenerēšanai, ir cirkonija dioksīds (ZrO2), kura ārējā virsmā ir platīna slānis, bet platīna ārpusē ir keramikas slānis, lai aizsargātu platīna elektrodu. Skābekļa sensora sensora elementa iekšējā puse ir pakļauta atmosfēras iedarbībai, un ārējā puse iet cauri dzinēja izvadītajām izplūdes gāzēm. Ja sensora temperatūra ir virs 300 ℃, ja skābekļa saturs abās pusēs ir diezgan atšķirīgs, abās pusēs tiks ģenerēts elektromotora spēks. Skābekļa saturs sensora iekšpusē ir augsts, jo tas tiek ventilēts uz atmosfēru. Kad maisījums ir plāns, skābekļa saturs izplūdes gāzēs ir augsts. Skābekļa satura atšķirība starp abām sensora pusēm ir ļoti maza, tāpēc arī tā radītais elektromotora spēks ir ļoti mazs (apmēram 0,1 V). Tomēr, ja maisījums ir pārāk bagāts, skābekļa saturs izplūdes gāzēs ir ļoti mazs, skābekļa koncentrācijas atšķirība starp abām jutīgā elementa pusēm ir liela, un arī radītais elektromotora spēks ir liels (apmēram 0,8 V). Sildītājs skābekļa sensora iekšpusē tiek izmantots jutīgā elementa sildīšanai, lai tas varētu normāli darboties.

Ja skābekļa sensoram nav signāla izvades vai izejas signāls ir neparasts, tas palielinās degvielas patēriņu un dzinēja izplūdes gāzu piesārņojumu, izraisot nestabilu tukšgaitas ātrumu, aizdedzes izlaidumu un pļāpāšanu. Biežākie skābekļa sensora defekti ir:

1) saindēšanās ar mangānu. Lai gan svinu saturošs benzīns vairs netiek izmantots, benzīnā esošais pretdetonācijas līdzeklis satur mangānu, un mangāna joni vai manganāta joni pēc sadegšanas nonāks skābekļa sensora virsmā, lai tas nevarētu radīt normālus signālus.

2) Oglekļa nogulsnēšanās. Pēc tam, kad skābekļa sensora platīna loksnes virsma ir nogulsnēta ar oglekli, nevar ģenerēt normālus sprieguma signālus.

3) Slikta kontakta vai atvērtas ķēdes dēļ skābekļa sensora iekšējā ķēdē nav signāla sprieguma izejas.

4) Skābekļa sensora keramikas elements ir bojāts un nevar radīt normālu sprieguma signālu.

5) Skābekļa sensora sildītāja pretestības vads ir izdedzis vai tā ķēde ir pārrauta, kā rezultātā skābekļa sensors nespēj ātri sasniegt normālu darba temperatūru.