Kyslíkový senzor předává informaci o koncentraci smíšeného plynu zpět do ECU detekcí obsahu kyslíku ve výfukových plynech motoru a je instalován na výfukovém potrubí před třícestným katalyzátorem.

Citlivým prvkem kyslíkového senzoru používaného ke generování napěťového signálu je oxid zirkoničitý (ZrO2), který má na vnějším povrchu vrstvu platiny a na vnější straně platiny vrstvu keramiky, která chrání platinovou elektrodu. Vnitřní strana snímacího prvku lambda sondy je vystavena atmosféře a vnější strana prochází výfukovými plyny vypouštěnými z motoru. Když je teplota senzoru nad 300 ℃, pokud je obsah kyslíku na obou stranách zcela odlišný, bude na obou stranách generována elektromotorická síla. Obsah kyslíku uvnitř senzoru je vysoký, protože je ventilován do atmosféry. Když je směs řídká, je obsah kyslíku ve výfukových plynech vysoký. Rozdíl obsahu kyslíku mezi oběma stranami senzoru je velmi malý, takže jím generovaná elektromotorická síla je také velmi malá (asi 0,1 V). Když je však směs příliš bohatá, obsah kyslíku ve výfukových plynech je velmi malý, rozdíl koncentrace kyslíku mezi oběma stranami citlivého prvku je velký a generovaná elektromotorická síla je také velká (asi 0,8 V). Ohřívač uvnitř lambda sondy se používá k ohřevu citlivého prvku, aby mohl normálně fungovat.

Pokud lambda sonda nemá žádný výstupní signál nebo je výstupní signál abnormální, zvýší se spotřeba paliva a znečištění výfukových plynů motoru, což má za následek nestabilní volnoběžné otáčky, vynechávání zapalování a chvění. Běžné závady kyslíkového senzoru jsou:

1) Otrava manganem. Ačkoli se olovnatý benzín již nepoužívá, antidetonační činidlo v benzínu obsahuje mangan a manganové ionty nebo manganistanové ionty po spálení vedou na povrch kyslíkového senzoru, takže nemůže produkovat normální signály.

2) Usazování uhlíku. Poté, co je povrch platinové desky kyslíkového senzoru nanesen uhlíkem, nelze generovat normální napěťové signály.

3) Na výstupu není žádné signální napětí kvůli špatnému kontaktu nebo přerušení obvodu ve vnitřním obvodu lambda sondy.

4) Keramický prvek lambda sondy je poškozený a nemůže generovat normální napěťový signál.

5) Odporový vodič ohřívače lambda-sondy je spálený nebo jeho obvod je přerušený, což způsobuje, že lambda-sonda nemůže rychle dosáhnout normální pracovní teploty.