Czujnik tlenu przekazuje informacje o stężeniu mieszanki gazów do ECU poprzez wykrywanie zawartości tlenu w spalinach silnika i jest instalowany na rurze wydechowej przed katalizatorem trójdrożnym.

Czułym elementem czujnika tlenu służącym do generowania sygnału napięciowego jest dwutlenek cyrkonu (ZrO2), który na zewnętrznej powierzchni posiada warstwę platyny, a na zewnątrz platyny warstwę ceramiki chroniącą elektrodę platynową. Wewnętrzna strona elementu czujnikowego sondy lambda jest wystawiona na działanie atmosfery, a strona zewnętrzna przechodzi przez gazy spalinowe odprowadzane przez silnik. Gdy temperatura czujnika przekracza 300 ℃, a zawartość tlenu po obu stronach jest zupełnie inna, po obu stronach zostanie wygenerowana siła elektromotoryczna. Zawartość tlenu we wnętrzu czujnika jest wysoka, ponieważ czujnik jest wentylowany do atmosfery. Gdy mieszanina jest rzadka, zawartość tlenu w spalinach jest wysoka. Różnica zawartości tlenu pomiędzy obiema stronami czujnika jest bardzo mała, więc generowana przez niego siła elektromotoryczna jest również bardzo mała (około 0,1 V). Jednak gdy mieszanka jest zbyt bogata, zawartość tlenu w spalinach jest bardzo mała, różnica stężenia tlenu pomiędzy obiema stronami wrażliwego elementu jest duża, a wytworzona siła elektromotoryczna jest również duża (około 0,8 V). Grzałka wewnątrz czujnika tlenu służy do podgrzania wrażliwego elementu, aby mógł normalnie pracować.

Jeśli czujnik tlenu nie ma sygnału wyjściowego lub sygnał wyjściowy jest nieprawidłowy, zwiększy to zużycie paliwa i zanieczyszczenie spalin w silniku, co spowoduje niestabilną prędkość obrotową biegu jałowego, przerwy zapłonu i drgania. Typowe usterki czujnika tlenu to:

1) Zatrucie manganem. Chociaż benzyna ołowiowa nie jest już używana, środek przeciwstukowy zawarty w benzynie zawiera mangan, a jony manganu lub jony manganianu po spaleniu przedostaną się na powierzchnię czujnika tlenu, przez co nie będzie on mógł generować normalnych sygnałów.

2) Osadzanie węgla. Po osadzeniu się węgla na powierzchni platynowej blachy czujnika tlenu nie można wygenerować normalnego sygnału napięciowego.

3) Brak sygnału wyjściowego napięcia ze względu na słaby styk lub przerwę w obwodzie wewnętrznym czujnika tlenu.

4) Element ceramiczny sondy lambda jest uszkodzony i nie może generować normalnego sygnału napięciowego.

5) Przewód oporowy grzałki sondy lambda jest przepalony lub jego obwód jest przerwany, co powoduje, że sonda lambda nie jest w stanie szybko osiągnąć normalnej temperatury roboczej.