Sensor oksigen memberikan informasi konsentrasi gas campuran ke ECU dengan mendeteksi kandungan oksigen dalam gas buang mesin, dan dipasang pada pipa knalpot sebelum katalis tiga arah.

Elemen sensitif sensor oksigen yang digunakan untuk menghasilkan sinyal tegangan adalah zirkonium dioksida (ZrO2), yang memiliki lapisan platina pada permukaan luarnya, dan lapisan keramik di bagian luar platina untuk melindungi elektroda platina. Sisi dalam elemen penginderaan sensor oksigen terkena atmosfer, dan sisi luar melewati gas buang yang dikeluarkan oleh mesin. Ketika suhu sensor di atas 300℃, jika kandungan oksigen di kedua sisi sangat berbeda, gaya gerak listrik akan dihasilkan di kedua sisi. Kandungan oksigen di bagian dalam sensor tinggi karena berventilasi ke atmosfer. Jika campurannya encer, kandungan oksigen dalam gas buang tinggi. Perbedaan kandungan oksigen antara kedua sisi sensor sangat kecil, sehingga gaya gerak listrik yang dihasilkan juga sangat kecil (sekitar 0,1V). Namun bila campurannya terlalu kaya, kandungan oksigen dalam gas buang sangat kecil, perbedaan konsentrasi oksigen antara kedua sisi elemen sensitif besar, dan gaya gerak listrik yang dihasilkan juga besar (sekitar 0,8V). Pemanas di dalam sensor oksigen digunakan untuk memanaskan elemen sensitif agar dapat bekerja dengan normal.

Jika sensor oksigen tidak memiliki keluaran sinyal atau sinyal keluaran tidak normal, maka akan meningkatkan konsumsi bahan bakar dan polusi gas buang pada mesin, yang mengakibatkan kecepatan idle tidak stabil, macet, dan berceloteh. Kesalahan umum sensor oksigen adalah:

1) Keracunan mangan. Meski bensin bertimbal sudah tidak digunakan lagi, namun zat antiknock pada bensin mengandung mangan, dan ion mangan atau ion manganat setelah dibakar akan menimbulkan permukaan sensor oksigen, sehingga tidak dapat menghasilkan sinyal normal.

2) Deposisi karbon. Setelah permukaan lembaran platinum sensor oksigen mengandung karbon, sinyal tegangan normal tidak dapat dihasilkan.

3) Tidak ada keluaran tegangan sinyal karena kontak yang buruk atau sirkuit terbuka di sirkuit internal sensor oksigen.

4) Elemen keramik sensor oksigen rusak dan tidak dapat menghasilkan sinyal tegangan normal.

5) Kabel resistansi pemanas sensor oksigen terbakar atau rangkaiannya putus, sehingga sensor oksigen tidak dapat mencapai suhu kerja normal dengan cepat.