Tiếp xúc của khí thải và đầu dò của sensor sẽ khiến sensor phát sinh một dòng điện có điện thế ngược với hàm lượng oxy của khí thải để truyền đến Powertrain Control Module. Nếu hàm lượng oxy cao hay hòa khí ‘nghèo xăng’ (lean mixture), điện thế do sensor phát sinh sẽ ở vào khoảng 0.1 volts. Nếu hàm lượng oxy thấp hay hòa khí ‘giàu xăng’ (rich mixture), điện thế do sensor phát sinh sẽ lở vào khoảng 0.9 volts. Dựa trên điện thế này Powertrain Control Module sẽ điều chỉnh thời gian mở của các kim phun nhiên liệu một cách thích hợp để hỗn hợp khí nạp có được một tỷ lệ không khí / xăng gần với tỷ lệ lý tưởng (14.7: 1). Khí thải của một hỗn hợp dư xăng hoặc thiếu xăng ngoài việc gây ô nhiễm còn làm giảm hiệu suất của động cơ và dẫn đến những hư hỏng nghiêm trọng hơn.
Thông thường, bộ cảm biến oxy (front oxygen sensor) được vặn vào lỗ có ven răng ở ngay phía trước bộ phận lọc khí thải của động cơ (catalytic converter), bộ phận này ở gần cuối ống thoát khí cháy. Đôi khi một bộ cảm biến thứ hai được bố trí ngay phía sau bộ lọc khí thải (downstream oxygen sensor), nhưng mục đích của bộ cảm biến này chỉ để xác định tính năng làm việc của chính bộ lọc khí thải này. Khi động cơ đang làm việc, nếu Powertrain Control Module cùng lúc nhận được những điện thế có trị số gần giống như nhau của hai bộ cảm biến nói trên, hay khác hơn là thành phần hóa học của khí thải trước và sau bộ lọc khí thải không thay đổi nhiều, điều này cũng có nghĩa là bộ lọc không còn làm việc tốt và cần phải thay thế. Trong lúc này Powertrain Control Module sẽ báo ‘error code’ để làm đèn ‘check engine’ nổi sáng.