Cảm biến oxy phản hồi thông tin nồng độ của khí hỗn hợp về ECU bằng cách phát hiện hàm lượng oxy trong khí thải động cơ và được lắp trên ống xả trước bộ xúc tác ba chiều.

Thành phần nhạy cảm của cảm biến oxy được sử dụng để tạo ra tín hiệu điện áp là zirconium dioxide (ZrO2), có một lớp bạch kim ở bề mặt bên ngoài và một lớp gốm ở bên ngoài bạch kim để bảo vệ điện cực bạch kim. Mặt trong của bộ phận cảm biến của cảm biến oxy tiếp xúc với khí quyển, mặt ngoài đi qua khí thải do động cơ thải ra. Khi nhiệt độ của cảm biến trên 300oC, nếu hàm lượng oxy ở cả hai bên khá khác nhau thì lực điện động sẽ được tạo ra ở cả hai bên. Hàm lượng oxy bên trong cảm biến cao vì nó được thông gió vào khí quyển. Khi hỗn hợp loãng thì hàm lượng oxy trong khí thải cao. Sự chênh lệch hàm lượng oxy giữa hai bên của cảm biến là rất nhỏ nên suất điện động do nó tạo ra cũng rất nhỏ (khoảng 0,1V). Tuy nhiên, khi hỗn hợp quá giàu, hàm lượng oxy trong khí thải rất nhỏ, chênh lệch nồng độ oxy giữa hai bên của phần tử nhạy cảm lớn và suất điện động sinh ra cũng lớn (khoảng 0,8V). Bộ phận làm nóng bên trong cảm biến oxy có tác dụng làm nóng phần tử nhạy cảm để nó có thể hoạt động bình thường.

Nếu cảm biến oxy không có tín hiệu đầu ra hoặc tín hiệu đầu ra không bình thường sẽ làm tăng mức tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm khí thải của động cơ dẫn đến tốc độ không tải không ổn định, đánh lửa sai và kêu giật. Các lỗi thường gặp của cảm biến oxy là:

1) Ngộ độc mangan. Mặc dù xăng pha chì không còn được sử dụng nhưng chất chống kích nổ trong xăng có chứa mangan, ion mangan hoặc ion mangan sau khi cháy sẽ dẫn lên bề mặt cảm biến oxy nên không thể tạo ra tín hiệu bình thường.

2) Lắng đọng cacbon. Sau khi bề mặt tấm bạch kim của cảm biến oxy bị lắng đọng carbon, tín hiệu điện áp bình thường không thể được tạo ra.

3) Không có điện áp tín hiệu đầu ra do tiếp xúc kém hoặc hở mạch ở mạch bên trong của cảm biến oxy.

4) Phần gốm của cảm biến oxy bị hỏng và không thể tạo ra tín hiệu điện áp bình thường.

5) Dây điện trở của bộ sưởi cảm biến oxy bị cháy hoặc đứt mạch khiến cảm biến oxy không thể nhanh chóng đạt được nhiệt độ làm việc bình thường.