在使用三元催化轉換器以減少排氣汙染的發動機上，氧傳感器是必不可少的元件。由於混合氣的空燃比一旦偏離理論空燃比，三元催化劑對CO、HC和NOX的淨化能力將急劇下降，故在排氣管中安裝氧傳感器，用以檢測排氣中氧的濃度，並向ECU發出反饋信號，再由ECU控制噴油器噴油量的增減，從而將混合氣的空燃比控制在理論值附近。
目前，實際應用的氧傳感器有氧化鋯式氧傳感器和氧化鈦式氧傳感器兩種。而常見的氧傳感器又有單引線、雙引線和三根引線之分，；單引線的為氧化鋯式氧傳感器；雙引線的為氧化鈦式氧傳感器；三根引線的為加熱型氧化鋯式氧傳感器，原則上三種引線方式的氧傳感器是不能替代使用的。
氧傳感器一旦出現故障，將使電子燃油噴射系統的電腦不能得到排氣管中氧濃度的信息，因而不能對空燃比進行反饋控制，會使發動機油耗和排氣汙染增加，發動機出現怠速不穩、缺火、喘振等故障現象。因此，必須及時地排除故障或更換。
氧傳感器的常見故障
1.氧傳感器中毒
氧傳感器中毒是經常出現的且較難防治的一種故障，尤其是經常使用含鉛汽油的汽車，即使是新的氧傳感器，也只能工作幾千公裡。如果只是輕微的鉛中毒，接著使用一箱不含鉛的汽油，就能消除氧傳感器表面的鉛，使其恢復正常工作。但往往由於過高的排氣溫度，而使鉛侵入其內部，阻礙了氧離子的擴散，使氧傳感器失效，這時就只能更換了。
另外，氧傳感器發生矽中毒也是常有的事。一般來說，汽油和潤滑油中含有的矽化合物燃燒後生成的二氧化矽，矽橡膠密封墊圈使用不當散發出的有機矽氣體，都會使氧傳感器失效，因而要使用質量好的燃油和潤滑油。修理時要正確選用和安裝橡膠墊圈，不要在傳感器上塗敷製造廠規定使用以外的溶劑和防粘劑等。
2.積碳
由於發動機燃燒不好，在氧傳感器表面形成積碳，或氧傳感器內部進入了油汙或塵埃等沉積物，會阻礙或阻塞外部空氣進入氧傳感器內部，使氧傳感器輸出的信號失準，ECU不能及時地修正空燃比。產生積碳，主要表現為油耗上升，排放濃度明顯增加。此時，若將沉積物清除，就會恢復正常工作。
3.氧傳感器陶瓷碎裂
氧傳感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲擊或用強烈氣流吹洗，都可能使其碎裂而失效。因此，處理時要特別小心，發現問題及時更換。
4.加熱器電阻絲燒斷
對於加熱型氧傳感器，如果加熱器電阻絲燒蝕，就很難使傳感器達到正常的工作溫度而失去作用。
5.氧傳感器內部線路斷脫。
氧傳感器的檢查方法
1.氧傳感器加熱器電阻的檢查
拔下氧傳感器線束插頭，用萬用表電阻檔測量氧傳感器接線端中加熱器接柱與搭鐵接柱之間的電阻，其阻值為4-40Ω(參考具體車型說明書)。
如不符合標準，應更換氧傳感器。
2.氧傳感器反饋電壓的測量
測量氧傳感器的反饋電壓時，應拔下氧傳感器的線束插頭，對照車型的電路圖，從氧傳感器的反饋電壓輸出接線柱上引出一條細導線，然後插好線束插頭，在發動機運轉中，從引出線上測出反饋電壓(有些車型也可以由故障檢測插座內測得氧傳感器的反饋電壓，如豐田汽車公司生產的系列轎車都可以從故障檢測插座內的OX1或OX2端子內直接測得氧傳感器的反饋電壓)。
對氧傳感器的反饋電壓進行檢測時，最好使用具有低量程(通常為2V)和高阻抗(內阻大於10MΩ)的指針型萬用表。具體的檢測方法如下：
1)將發動機熱車至正常工作溫度(或起動後以2500r/min的轉速運轉2min)；
2)將萬用表電壓檔的負表筆接故障檢測插座內的E1或蓄電池負極，正表筆接故障檢測插座內的OX1或OX2插孔，或接氧傳感器線束插頭上的號|出線；
3)讓發動機以2500r/min左右的轉速保持運轉，同時檢查電壓表指針能否在0-1V之間來回擺動，記下10s內電壓表指針擺動的次數。在正常情況下，隨著反饋控制的進行，氧傳感器的反饋電壓將在0.45V上下不斷變化，10s內反饋電壓的變化次數應不少於8次。如果少於8次，則說明氧傳感器或反饋控制系統工作不正常，其原因可能是氧傳感器表面有積碳，使靈敏度降低所致。對此，應讓發動機以2500r/min的轉速運轉約2min，以清除氧傳感器表面的積碳，然後再檢查反饋電壓。如果在清除積碳可後電壓表指針變化依舊緩慢，則說明氧傳感器損壞，或電腦反饋控制電路有故障。
4)檢查氧傳感器有無損壞
拔下氧傳感器的線束插頭，使氧傳感器不再與電腦連接，反饋控制系統處於開環控制狀態。將萬用表電壓檔的正表筆直接與氧傳感器反饋電壓輸出接線柱連接，負表筆良好搭鐵。在發動機運轉中測量反饋電壓，先脫開接在進氣管上的曲軸箱強制通風管或其他真空軟管，人為地形成稀混合氣，同時觀看電壓表，其指針讀數應下降。然後接上脫開的管路，再拔下水溫傳感器接頭，用一個4-8KΩ的電阻代替水溫傳感器，人為地形成濃混合氣，同時觀看電壓表，其指針讀數應上升。也可以用突然踩下或鬆開加速踏板的方法來改變混合氣的濃度，在突然踩下加速踏板時，混合氣變濃，反饋電壓應上升；突然鬆開加速踏板時，混合氣變稀，反饋電壓應下降。如果氧傳感器的反饋電壓無上述變化，表明氧傳感器已損壞。
另外，氧化鈦式氧傳感器在採用上述方法檢測時，若是良好的氧傳感器，輸出端的電壓應以2.5V為中心上下波動。否則可拆下傳感器並暴露在空氣中，冷卻後測量其電阻值。若電阻值很大，說明傳感器是好的，否則應更換傳感器。
5)氧傳感器外觀顏色的檢查
從排氣管上拆下氧傳感器，檢查傳感器外殼上的通氣孔有無堵塞，陶瓷芯有無破損。如有破損，則應更換氧傳感器。
通過觀察氧傳感器頂尖部位的顏色也可以判斷故障：
①淡灰色頂尖：這是氧傳感器的正常顏色；
②白色頂尖：由矽汙染造成的，此時必須更換氧傳感器；
③棕色頂尖：由鉛汙染造成的，如果嚴重，也必須更換氧傳感器；
④黑色頂尖：由積碳造成的，在排除發動機積碳故障後，一般可以自動清除氧傳感器上的積碳。