小小的传感器中，是被水性凝胶电解质（一般是硫酸：H2SO4）浸湿的电极，当所探测的气体（比如一氧化碳：CO，或者硫化氢：H2S）进入传感器内与电解质发生氧化或者浓度变化时，工作电极在催化剂作用下产生微弱电流。电流经过与传感器相连接的放大器放大，从而显示目标区域的气体浓度。

　　

　　电化学传感器典型结构图

　　大多数电化学气体传感器应用于扩散模式，在这种模式下，周围环境中的气体样本通过传感器正面的小孔进入传感器（通过气体分子自然流动）。而有些设备通过一个抽气泵将空气/气体样本抽进传感器内。在气孔部位安装有聚四氟乙烯薄膜来阻挡水或油进入传感器内。传感器的测量范围和灵敏度可以通过在设计时调整进气孔尺寸随之变化。大一些的进气孔可以提高设备的灵敏度和分辨率，而小一些的进气孔虽然降低了灵敏度和分辨率，但是可增大测量范围。

　　氧气传感器的工作原理与之前所描述的电化学氧气传感器工作原理类似，但是，氧气传感器的使用年限是可预测的，所以，更换周期也可以进行预设——一般为2~3年。与有毒气体传感器不同，氧气传感器长期持续暴露在目标气体中。在通常的耗氧监测应用中，传感器工作环境的氧气浓度为20.9%，这就会在铅阳极上引起化学反应，从而造成阳极的逐渐消耗。所以，传感器通过与氧气反应持续产生电流的能力取决于电解质中铅的含量。

　　通过增加“温度补偿”这一关键机制，气体探测设备制造商确保了传感器的性能。气体灵敏度（以及零基线信号）常常随着温度有所变化，所以当温度升降时，气体灵敏度呈非线性变化。

　　在研发气体探测设备的过程中，人们用了大量时间将相同的气体传感器放置于不同温度和不同浓度气体中（温度在-30℃~+50℃之间）。所采集的数据经过处理后生成了一个为气体探测器所用的温度补偿算法，以确保传感器读数在整个操作量程内保持一致。