Senzor kisika vraća informaciju o koncentraciji miješanog plina u ECU otkrivanjem sadržaja kisika u izduvnim plinovima motora i instalira se na izduvnu cijev prije trosmjernog katalizatora.

Osjetljivi element senzora kisika koji se koristi za generiranje naponskog signala je cirkonij dioksid (ZrO2), koji ima sloj platine na svojoj vanjskoj površini i sloj keramike na vanjskoj strani platine za zaštitu platinske elektrode. Unutrašnja strana senzorskog elementa senzora kiseonika je izložena atmosferi, a vanjska strana prolazi kroz izduvni gas koji ispušta motor. Kada je temperatura senzora iznad 300℃, ako je sadržaj kisika na obje strane prilično različit, elektromotorna sila će se generirati na obje strane. Sadržaj kisika u unutrašnjosti senzora je visok jer je ventiliran u atmosferu. Kada je smjesa rijetka, sadržaj kisika u izduvnim plinovima je visok. Razlika u sadržaju kiseonika između dve strane senzora je veoma mala, tako da je elektromotorna sila koju on generiše takođe veoma mala (oko 0,1V). Međutim, kada je smjesa prebogata, sadržaj kisika u izduvnom plinu je vrlo mali, razlika u koncentraciji kisika između dvije strane osjetljivog elementa je velika, a generirana elektromotorna sila je također velika (oko 0,8V). Grijač unutar senzora kisika koristi se za zagrijavanje osjetljivog elementa kako bi mogao normalno raditi.

Ako senzor kisika nema izlazni signal ili je izlazni signal nenormalan, to će povećati potrošnju goriva i zagađenje izduvnim gasovima motora, što će rezultirati nestabilnom brzinom u praznom hodu, prestankom paljenja i klepetom. Uobičajeni kvarovi senzora kiseonika su:

1) Trovanje manganom. Iako se olovni benzin više ne koristi, sredstvo protiv detonacije u benzinu sadrži mangan, a joni mangana ili ioni manganata nakon sagorijevanja će dovesti do površine senzora kisika, tako da ne može proizvesti normalne signale.

2) Taloženje ugljika. Nakon što se na površini platinaste ploče senzora kisika taloži ugljik, ne mogu se generirati normalni signali napona.

3) Nema izlaznog signalnog napona zbog lošeg kontakta ili otvorenog kruga u unutrašnjem kolu senzora kiseonika.

4) Keramički element senzora kiseonika je oštećen i ne može da generiše normalan signal napona.

5) Otporna žica grijača senzora kisika je izgorjela ili je njegov krug prekinut, zbog čega senzor kisika ne može brzo postići normalnu radnu temperaturu.