氧传感器种类很多，现在研究最多的是气体氧传感器，它用于测量气相中氧的浓度或氧分压，还有用来测量水中溶解氧浓度的溶氧分析仪等其它类型。这些氧传感器结构不同，但均采用电化学原理。

气体氧传感器基本上分为两大类，一类是固体电解质氧传感器。以二氧化锆氧传感器为例，它以对氧离子有较高导电能力的ZrO2作基质，两面设有对氧有催化还原作用的铂电极，将其置于含氧的参比气体和待测气体中，就形成了氧的浓差电池：参比气体| Pt，ZrO2，Pt | 待测气体。

由于电池电动势E与待测气体中氧含量成对数关系，故信号不易处理，研究者在此基础上对其进行改进，又研制成了极限电流型氧传感器（电化学泵氧传感器）。它是靠外加电压驱动电池反应的，当外电压增至某一值时，气相氧扩散至电极表面的速度跟不上电极还原反应的速度，回流中出现饱和的电流值，此电流不随外加电压增大而增加，被称为极限电流，其大小与氧浓度呈线性关系。此类传感器具有灵敏度高、响应快、信号易于处理、不带有参比气体和易于微型化的优点，已成功地用于汽车乏氧检测中，节能效果很显著。

另一大类为催化电化学氧传感器，它是根据与氧气有关的催化电极的反应来测定待测气氛中氧浓度的。它也有两种型号：一种为电极恒电位电解式，另一种为原电池型氧传感器，两者都以对氧有催化还原活性的金属（如Pt、Ag、Au等）为阴极，以不能极化的金属，（如 Pb、Cu、Cd等）为阳极，电解质一般采用碱或酸及其盐的溶液。近几年来，随着实际应用的要求，这两种氧传感器都在向两电极系统方向发展，尤其是利用透氧高分子薄膜来测定气体中或溶液中氧浓度的隔膜型氧传感器发展最迅速。