氧傳感器的工作原理與電池相似，傳感器中的氧化锆元素起類似電解液的作用。其基本工作原理是：在一定條件下（高溫和鉑催化），利用氧化皓内外兩側的氧濃度差，産生電位差，且濃度差越大，電位差越大。大氣中氧的含量21%，濃混合燃燒後的廢氣實際上不含氧，稀混合氣燃燒後生成的廢氣或因缺火産生的廢氣中含有較多的氧，但仍比大氣中的氧少的多。
在高溫及鉑的催化下，将附着在氧傳感器上的氧氣消耗殆盡，于是就産生電壓差，濃混合氣輸出電壓接近1V，稀混合氣接近0V。根據氧傳感器的電壓信号，控制空燃比從而調整噴油脈寬，因此氧傳感器的電子控制燃油計量的關鍵傳感器。氧傳感器隻有在高溫時（端部達到300℃以上）起特征才能充分體現，才能輸出電壓。它約在800℃時，對混合氣的變化反應最快。
小貼士
二氧化锆氧傳感器是通過電壓變化反映可燃混合氣濃度的變化，二氧化钛氧傳感器則是通過電阻變化反映可燃混合氣變化的。在發動機工況惡化時使用二氧化锆氧傳感器的電控系統無法将實際的空燃比控制在理論空燃比附近，而二氧化钛氧傳感器在發動機工況惡化的情況下也能将實際空燃比控制在理論空燃比附近。
控制單元根據氧傳感器信号在短時間内調整的噴油量（噴油脈寬）叫短期燃油修正，這個值得正負就是氧傳感器輸出電壓控制的。
長期燃油修正就是控制單元根據短期燃油修正系數的變化對控制單元運行數據結構進行修正确定的值。
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