Senzor kyslíka zadáva informácie o koncentrácii zmiešaného plynu do ECU detekciou obsahu kyslíka vo výfukovom plyne motora a pred trojcestným katalyzátorom je inštalovaný na výfukovom potrubí.

Citlivým prvkom kyslíkového senzora používaného na generovanie napäťového signálu je oxid zirkónia (ZRO2), ktorý má na svojom vonkajšom povrchu vrstvu platiny a vrstva keramiky na vonkajšej strane platiny na ochranu platinovej elektródy. Vnútorná strana snímacieho prvku kyslíkového senzora je vystavená atmosfére a vonkajšia strana prechádza cez výfukový plyn vypustený motorom. Ak je teplota senzora nad 300 ℃, ak je obsah kyslíka na oboch stranách úplne odlišný, na oboch stranách sa vytvorí elektromotívna sila. Obsah kyslíka vo vnútri senzora je vysoký, pretože je vetraný do atmosféry. Keď je zmes tenká, obsah kyslíka vo výfukovom plyne je vysoký. Rozdiel obsahu kyslíka medzi oboma stranami senzora je veľmi malý, takže elektromotívna sila generovaná je tiež veľmi malá (asi 0,1 V). Ak je však zmes príliš bohatá, obsah kyslíka vo výfukovom plyne je veľmi malý, rozdiel koncentrácie kyslíka medzi dvoma stranami citlivého prvku je veľký a generovaná elektromotívna sila je tiež veľká (asi 0,8 V). Ohrievač vo vnútri kyslíkového senzora sa používa na zahrievanie citlivého prvku, aby mohol normálne pracovať.

Ak senzor kyslíka nemá výstup signálu alebo výstupný signál je neobvyklý, zvýši spotrebu paliva a znečistenie výfukových plynov motora, čo bude mať za následok nestabilnú rýchlosť nečinnosti, vynechanie a chytenie. Bežné chyby senzora kyslíka sú:

1) Otrava mangánu. Hoci olovený benzín sa už nepoužíva, antiknockové činidlo v benzíne obsahuje mangán a mangánové ióny alebo manganátové ióny po spaľovaní povedú k povrchu kyslíkového senzora, takže nemôže produkovať normálne signály.

2) Ukladanie uhlíka. Po povrchu platinovej vrstvy kyslíkového senzora je uložené uhlíkom, nie je možné generovať normálne napätie signálov.

3) V vnútornom obvode kyslíkového senzora nie je výstup signálu napätia v dôsledku slabého kontaktného alebo otvoreného obvodu.

4) Keramický prvok kyslíkového senzora je poškodený a nemôže generovať normálny napäťový signál.

5) Odporový drôt ohrievača kyslíka je vyhorený alebo je rozbitý jeho obvod, vďaka čomu je kyslíkový senzor rýchlo dosiahnutý normálnou pracovnou teplotou.