کاربرد سنسور اکسیژن در حقیقت تولید کننده ولتاژ (برق) به روش شیمیایی (از طریق دود خروجی) همانند یک باتری کوچک است. که باتوجه به میزان اکسیژن موجود در دود ولتاژ تولید می‌کند. به این صورت که اختلاف تعداد اتم‌های اکسیژن بر روی لایه داخلی و خارجی سنسور اکسیژن باعث شده که لایه دی اکسید زیرکونیوم یونیزه شده و باعث ایجاد اختلاف پتانسیل ولتاژدر لایه داخلی و خارجی می‌شود اگر میزان اکسیژن موجود در دود کم باشد مخلوط غنی باشداختلاف اکسیژن بین هوای داخل سنسور اکسیژن و اکسیژن موجود در دود زیاد شده و در نتیجه ولتاژ بیشتری تولید می‌کند|(حدودا 500 الی 900 میلی‌ولت) بالعکس اگر میزان اکسیژن موجود در دود زیاد باشد (مخلوط رقیق باشد) اختلاف اکسیژن بین هوای داخل سنسور اکسیژن و اکسیژن موجود در دود کم شده و در نتیجه ولتاژ کمتری تولید می‌کند (حدودا 10 الی 500 میلی‌ولت). اساس کار سنسور اکسیژن ECU (Electronic Control Unit) با استفاده از اطلاعات سنسور اکسیژن که به صورت ولتاژ دریافت می‌کند (بین 0/1 الی 0/9 ولت) اقدام به تنظیم نسبت سوخت و هوا به موتور، جهت عملکرد بهینه کاتالیست می‌نماید. در مخلوط رقیق، ولتاژ ارسالی از سنسور اکسیژن کمتر از 0/5 ولت است. در مخلوط غنی،‌ ولتاژ ارسالی از سنسور اکسیژن بیشتر از 0/5 ولت و حداکثر تا 1 ولت است.