套管上与大气相通一侧比废气一侧吸附更多的负离子，两侧离子的浓度差产生电动势，从而产生电压。
氧传感器上有四根线，其中有两根是加热用的电源线，氧传感器需要加热到800摄氏度才能正常工作加热。
氧传感器的工作原理与干电池相似，传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用。
其基本工作原理是：在一定条件下，利用氧化锆内外两侧的氧浓度差，产生电位差，且浓度差越大，电位差越大。浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧，稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧，但仍比大气中的氧少得多。
在高温及铂的催化下，带负电的氧离子吸附在氧化锆套管的内外表面上。由于大气中的氧气比废气中的氧气多，当套管废气一侧的氧浓度低时，在电极之间产生一个高电压，这个电压信号被送到ECU放大处理，ECU把高电压信号看作浓混合气，而把低电压信号看作稀混合气。
后氧传感器电压范围，是在0.1-0.9V的区间之内，而一般平均值在0.4-0.5V。这个数据主要是用来反馈到ECU进行对比的，从而确保三元催化的正常工作。其次，如果电压频率变化越快的话，那么就代表传感器越好。那如果电压是0v或者1v，甚至不变化的话，就说明这时候的后氧传感器已经老化得比较严重了，需要及时更换一个新的上去。
那如果后氧传感器电压异常的话（故障），ECU自然是收不到一些反馈的信号，这时候汽车仪表盘的OBD（发动机排气系统）故障灯就会随之亮起，需要及时到汽修店或者4S店进行维修。但如果只是后氧传感器损坏的话，其实大家是不必过于担心的，对汽车的油耗和动力，基本是没有影响，只是不能直接判断出三元催化的工作状态罢了。
