氧分析儀的原理主要有化學電池法、原電池法、燃料電池法、赫茲電池法和濃差電池法。要檢測的氧氣先通過一個小的毛細口傳感器，然后通過一個疏水膜擴散進入，到達電極表面。傳感器的結構設計保證會有適量的氣體進入與感應電極反應產生足夠的電信號，并同時防止電解液泄漏出傳感器。通過疏水膜擴散進入傳感器里的氣體在感應電極發生氧化/還原反應，電極間連接一個電阻，這樣，陰極和陽極間會產生一個與氧濃度成正比的電流。通過檢測這個電流，就反應出氣體中的氧濃度。
氧分析儀測量的幾種原理：
(1)氧化鋯型測量系統:
濃縮池系統，像氧化鋯這樣的固體電解質氧離子的高電導率溫度。當多孔時鉑電極附著在兩者上，氧化鋯元素的側面加熱和不同部分的氣體氧氣濃度被帶入與的相應表面接觸氧化鋯是一種氧氣濃縮池。這種現象導致電動勢被在兩個電極之間產生，根據能斯特方程，確定比例氧濃度。
優勢：可以是直接的安裝在燃燒過程，例如鍋爐煙道和不需要取樣系統快速回路。
缺點：如果樣品氣體含有可燃氣體，它被可能燒毀測量池。
(2)氧化鋯型測量系統:限制電流類型
如果流程氧氣進入氧化鋯的陰極，加熱到高溫的元件是有限，出現了一個區域電流變得均勻，當施加的電壓增加了。這個有限的電流是與氧氣成比例。
優點：能夠測量微量氧濃度。可在空氣中需要校準。
缺點：如果樣品氣體含有可燃氣體，則會出現測量誤差。
灰塵的存在導致陰極側的氣體擴散孔堵塞；必須在前一階段安裝過濾器。
(3)磁型測量系統:順磁性系統
這是利用氧順磁性的方法之一。當樣品氣體含有氧氣時，氧氣被吸入磁場，從而降低氣流B中輔助氣體的流速。由氣流B中流動限制的影響引起的兩個氣流A和B的流速差與樣品氣體的氧氣濃度成比例。流速由熱敏電阻決定，并轉換成電信號，其差值作為氧信號計算。
優點：1、能夠測量氧化鋯氧分析儀無法測量的可燃氣體混合物。
2、因為檢測部分沒有傳感器與樣品氣體接觸，順磁性系統也可以測量腐蝕性氣體。
3、在磁性類型中，順磁性系統比其他系統提供更快的響應時間。
4、在磁性類型中，順磁性系統比其他系統更能抵抗振動或沖擊。
缺點：需要一個與樣品氣體特性或應用相對應的取樣單元。
