汽油發電機二氧化鋯氧傳感器的基本元件是專用陶瓷體，即二氧化鋯固體電解質管，亦稱鋯管。鋯管固定在帶有安裝螺紋的固定套內，鋯管內表面與大氣相通，外表面與排氣相通，其內外表面都覆蓋著一層多孔性的薄膜作為電極。氧傳感器安裝在排氣管上，為了防止排氣管內廢氣中的雜質腐蝕鉑膜，在鋯管外表的鉑膜上覆蓋一層多孔的陶瓷層，并加有帶槽口的防護套管。在其接線端有一個金屬護套上開有一孔，使鋯管內表面與大氣相通。當鋯管接觸氧氣時，氧氣透過多孔鉑膜電極，吸附于二氧化鋯，并經電子交換成為負離子。由于鋯管內表面通大氣，外表面通排氣，其內、外表面的氧分子分壓不同，則負離子濃度也不同，從而形成負離子由高濃度側向低濃度側的擴散。

當擴散處于平衡狀態時，兩電極間便形成電動勢，所以二氧化鋯傳感器的本質是化學電池，亦稱氧濃差電池。其輸出特性是，在過量空氣系數a=1時突變，a>1時輸出幾乎為零，a<1時輸出電壓接近1V。