如果氧化锆管内外两侧的温度高于700℃时，其内外壁接触氧分压不同的气体，氧化锆管就成为一个氧浓差电池，在两个铂电极上将发生如下反应：
　　在空气侧（参比侧）电极上：O₂+4e→2O^2-

　　在低氧侧（被测侧）电极上：2O^2-→O₂+4e

　　即空气中一个氧分子夺取电极上四个电子而变成两个氧离子。氧离子在氧浓差电势的驱动下，通过氧化锆传感器迁移到低氧侧电极上，留给该电极四个电子而复原为氧分子，电池处于平衡状态时，两电极间电势值E恒定不变。
氧电势值E符合能斯特方程：
　　
　　式中：R-气体常数
　　　　　T-锆管的温度
　　　　　F-法拉第常数
　　　　　PX-被测气体氧浓度百分数
　　　　　PA-参比气氧浓度百分数，一般为20.6％。
　　如果把氧化锆管加热至大于600℃的稳定温度，在氧化锆管两侧分别流过被测气体和参比气体，则产生的电势与氧化锆管的工作温度和两侧的氧浓度有固定的关系。如果知道参比气体的浓度，则可根据氧化锆管两侧的氧电势和氧化锆管的工作温度计算出被测气体的氧浓度。

　　表1：氧化锆传感器工作特性表

 

检测器结构图