Kyslíkový senzor vracia informácie o koncentrácii zmiešaného plynu do ECU detekciou obsahu kyslíka vo výfukových plynoch motora a je inštalovaný na výfukovom potrubí pred trojcestným katalyzátorom.

Citlivým prvkom kyslíkového senzora, ktorý sa používa na generovanie napäťového signálu, je oxid zirkoničitý (ZrO2), ktorý má na svojom vonkajšom povrchu vrstvu platiny a na vonkajšej strane platiny vrstvu keramiky na ochranu platinovej elektródy. Vnútorná strana snímacieho prvku kyslíkového senzora je vystavená atmosfére a vonkajšia strana prechádza výfukovými plynmi vypúšťanými motorom. Keď je teplota snímača vyššia ako 300 °C, ak je obsah kyslíka na oboch stranách úplne odlišný, na oboch stranách sa vytvorí elektromotorická sila. Obsah kyslíka vo vnútri senzora je vysoký, pretože je ventilovaný do atmosféry. Keď je zmes riedka, obsah kyslíka vo výfukových plynoch je vysoký. Rozdiel v obsahu kyslíka medzi oboma stranami senzora je veľmi malý, takže elektromotorická sila ním generovaná je tiež veľmi malá (asi 0,1 V). Keď je však zmes príliš bohatá, obsah kyslíka vo výfukových plynoch je veľmi malý, rozdiel v koncentrácii kyslíka medzi dvoma stranami citlivého prvku je veľký a generovaná elektromotorická sila je tiež veľká (asi 0,8 V). Ohrievač vo vnútri kyslíkového senzora sa používa na ohrev citlivého prvku, aby mohol normálne fungovať.

Ak lambda sonda nemá výstup signálu alebo je výstupný signál abnormálny, zvýši sa spotreba paliva a znečistenie výfukových plynov motora, čo bude mať za následok nestabilné voľnobežné otáčky, vynechávanie zapaľovania a chvenie. Bežné chyby kyslíkového senzora sú:

1) Otrava mangánom. Hoci sa olovnatý benzín už nepoužíva, antidetonačný prostriedok v benzíne obsahuje mangán a ióny mangánu alebo manganinaté ióny po spálení vedú na povrch kyslíkového senzora, takže nemôže produkovať normálne signály.

2) Ukladanie uhlíka. Po nanesení uhlíka na povrch platinovej dosky kyslíkového senzora nie je možné generovať normálne napäťové signály.

3) V dôsledku slabého kontaktu alebo prerušeného obvodu vo vnútornom obvode lambda sondy nie je na výstupe žiadne napätie.

4) Keramický prvok lambda sondy je poškodený a nemôže generovať signál normálneho napätia.

5) Odporový vodič ohrievača kyslíkového senzora je vyhorený alebo jeho obvod je prerušený, čo spôsobuje, že kyslíkový senzor nie je schopný rýchlo dosiahnuť normálnu pracovnú teplotu.