חיישן החמצן מחזיר את מידע הריכוז של הגז המעורב ל-ECU על ידי זיהוי תכולת החמצן בגז הפליטה של ​​המנוע, והוא מותקן על צינור הפליטה לפני הזרז התלת-כיווני.

האלמנט הרגיש של חיישן החמצן המשמש ליצירת אות מתח הוא זירקוניום דו חמצני (ZrO2), בעל שכבת פלטינה על פני השטח החיצוניים שלו, ושכבת קרמיקה בצד החיצוני של הפלטינה כדי להגן על אלקטרודת הפלטינה. הצד הפנימי של אלמנט החישה של חיישן החמצן חשוף לאטמוספירה, והצד החיצוני עובר דרך גז הפליטה הנפלט מהמנוע. כאשר הטמפרטורה של החיישן היא מעל 300℃, אם תכולת החמצן משני הצדדים שונה בתכלית, יווצר כוח אלקטרו-מוטיבי משני הצדדים. תכולת החמצן בחלק הפנימי של החיישן גבוהה מכיוון שהוא מאוורר לאטמוספירה. כאשר התערובת דלילה, תכולת החמצן בגז הפליטה גבוהה. ההבדל בתכולת החמצן בין שני הצדדים של החיישן קטן מאוד, ולכן הכוח האלקטרו-מוטורי שנוצר על ידו קטן מאוד (כ-0.1V). עם זאת, כאשר התערובת עשירה מדי, תכולת החמצן בגז הפליטה קטנה מאוד, הפרש ריכוזי החמצן בין שני הצדדים של האלמנט הרגיש גדול, וגם הכוח האלקטרו-מוטיבי הנוצר גדול (כ-0.8V). תנור החימום בתוך חיישן החמצן משמש לחימום האלמנט הרגיש כך שיוכל לעבוד כרגיל.

אם לחיישן החמצן אין פלט אות או שאות הפלט לא תקין, זה יגדיל את צריכת הדלק וזיהום הפליטה של ​​המנוע, וכתוצאה מכך מהירות סרק לא יציבה, תקלה ופטפוטים. תקלות נפוצות של חיישן חמצן הן:

1) הרעלת מנגן. אף על פי שכבר לא נעשה שימוש בבנזין עופרת, הגורם למניעת דפיקות בבנזין מכיל מנגן, ויוני מנגן או יוני מנגן לאחר הבעירה יובילו אל פני השטח של חיישן החמצן, כך שלא יוכל להפיק אותות נורמליים.

2) שקיעת פחמן. לאחר שהשטח של יריעת הפלטינה של חיישן החמצן מושקע בפחמן, לא ניתן להפיק אותות מתח נורמליים.

3) אין פלט מתח אות עקב מגע לקוי או מעגל פתוח במעגל הפנימי של חיישן החמצן.

4) האלמנט הקרמי של חיישן החמצן פגום ואינו יכול ליצור אות מתח רגיל.

5) חוט ההתנגדות של מחמם חיישן החמצן נשרף או שהמעגל שלו נשבר, מה שגורם לחיישן החמצן לא להגיע במהירות לטמפרטורת העבודה הרגילה.