氧化鋯傳感器的結構是氧化鋯膜夾在兩個Pt電極之間，在高溫下（700℃以上）氧化鋯中的氧離子可以自由的移動，可以傳導氧離子但不導電。當氧化鋯膜兩邊 的氧濃度不同時，兩個電極之間會產生一個電壓，電壓與氧濃度的對數成正比關系，因此，氧化鋯傳感器檢測的是氧化鋯膜兩邊的氧氣濃度差。當要檢測一未知氣體 中的氧濃度時，氧化鋯膜的另一邊需要是一個已知氧濃度的氣體，即參考氣體。普通氧化鋯傳感器的參考氣體均為空氣。由此可見，氧化鋯傳感器更適合檢測氧濃度 接近空氣的氣體。當檢測1ppm的氣體時，其濃度差超過20萬倍，精確檢測的難度很大，需要經常校正，最好是在每次檢測之前使用標準氣標定。氧化鋯傳感器的優點是反應時間快，可以在高溫、高壓、低壓下測量氧氣濃度，如鍋爐尾氣等。暴露在空氣中或在空氣中儲存不會影響其性能，因此操作方便。