Đối với chức năng làm sạch khí xả tối đa của động cơ có TWC (bộ trung hoà khí xả 3 thành phần) phải duy trì tỷ lệ không khí-nhiên liệu trong một giới hạn hẹp xoay quanh tỷ lệ không khí-nhiên liệu lý thuyết. Cảm biến oxy phát hiện xem nồng độ ôxy trong khí xả là giàu hơn hoặc nghèo hơn tỷ lệ không khí – nhiên liệu lý thuyết. Cảm biến này chủ yếu được lắp trong đường ống xả, nhưng vị trí lắp và số lượng khác nhau tuỳ theo kiểu động cơ.
Cảm biến oxy có một phần tử làm bằng ziconi ôxit (ZrO2), đây là một loại gốm. Bên trong và bên ngoài của phần tử này được bọc bằng một lớp platin mỏng. Không khí chung quanh được dẫn vào bên trong của cảm biến này, và phía ngoài của cảm biến lộ ra phía khí thải.
Ở nhiệt độ cao (400°C [752°F] hay cao hơn), phần tử zirconi tạo ra một điện áp như là do sự chênh lệch lớn giữa các nồng độ của ôxy ở phía trong và phía ngoài của phần tử zirconi này.
