氧氣通過毛細管擴散到達感測電極的表面。採用這種方法，進入感測器的氣體量由擴散控制。
到達感測電極的氧氣減少，因此消耗電子，導致電流。對電極通過氧化水來平衡感測電極的反應。由此在對電極處產生質子。這些通過電解質向感測電極遷移。恆電位電路將感應電極的電位維持在-600mv相對於參考電極電位。這種負偏置電位對於操作這種電流型燃料電池是必要的。與其他偏置感測器相反，當電路接通時，元件氧感測器在幾分鐘內穩定。
與電流感測器相反，這種型別的感測器沒有易損部件，也不會隨著時間的推移而改變內部。周圍的氧氣對儲存壽命沒有影響，感測器與鉛基感測器相反。
為了操作電化學感測器，需要控制電路，稱為恆電位電路。對於3電極感測器，主要目的是維持參考電極（
ref）和感測電極（
sens
）之間的電壓，以控制電化學反應並傳送與感測器產生的電流成比例的輸出訊號。對cnt電極上的電位（cnt）並不重要，只要該電路能夠提供足夠的電壓和電流來維持感測電極的正確的電位即可。
電阻器r11，r12，r13必須以在運算放大器ic2的正輸入端提供+ 600mv
。由於輸出電路的偏置效應，感測電極的電位保持在0v，因此在
sens
和ref
之間的偏差為
-600mv
。虛擬地的參考電壓應該被選擇為適當的，以允許反電極的足夠的電壓擺動。cnt與sen之間的最大電壓為
1.3v，例如，如果電源電壓為2.5v，並且ic2的相應最大電壓為2.0v，則虛擬地的參考電壓必須低於0.7v。
電化學感測器的測量電路是跨阻抗結構的單級運算放大器ic1。感測器電流在rgain上反射，產生相對於虛擬地gnd的輸出電壓。c2降低高頻噪音。負載電阻（
rload =10 ohm
）的推薦值是最快響應時間和最佳訊雜比之間的折衷。運算放大器ic1的輸入失調電壓將加到感測器偏置電壓上（因為感測電極將從0v偏移），所以輸入失調應保持低。乙個運算放大器應選擇低輸入失調電壓溫度漂移，以免在溫度變化時影響偏置電壓。
控制運算放大器ic2將電流提供給反電極以平衡感測電極所需的電流。因為櫃檯正在氧化，它將乙個電流匯入ic2。因此ic2需要有足夠的電流吸收能力。ic2
的反相輸入連線到參考電極，不得從參比電極汲取任何顯著的電流。建議使用輸入偏置電流小於5納安的運算放大器。
感測器靈敏度[μa/％] x o2濃度[％] =輸出訊號[μa]
正常工作時的最大電流（0-30％o2）：<4 ma
正常工作時最大電壓（0 -30％o2）：<1.4 v
膜感測器的氧感測器具有酸性電解質，使其耐高濃度的二氧化碳。與具有鹼性電解質的o2感測器（溶液）相反，co2的存在對感測器壽命沒有影響。膜感測器的氧感測器對二氧化碳沒有交叉敏感性，即使在高濃度的二氧化碳下也是最適合測量氧氣的。
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