Лямбда-зонд представляет собой гальванический элемент с твердым электролитом (керамика из ZrO2 – диоксида циркония). Легирована керамика оксидом иттрия и имеет поверх себя напыление из токопроводящих пористых платиновых электродов. Один из электродов использует выхлопные газы, а второй – воздух из атмосферы. После разогрева до достаточно высокой температуры в 300 – 400 градусов лямбда-зонд обеспечивает эффективное измерение в отработавших газах остаточного кислорода. Именно в таких условиях циркониевый электролит становится проводимым, а разница между количеством кислорода в выхлопной трубе и атмосферным кислородом ведет к тому, что на электродах лямбда-зонда появляется выходное напряжение.В случае пуска и прогрева холодного двигателя впрыск топлива управляется без участия кислородного датчика, поэтому состав топливовоздушной смеси корректируется с помощью сигналов других датчиков, которые информируют контроллер о положении дроссельной заслонки, числе оборотов коленвала, температуре охлаждающей жидкости и других параметрах. Особенный циркониевый лямбда-зонд тем, что даже при очень маленьких отклонениях состава топливовоздушной смеси от идеального состояния на его выходе напряжение изменяется скачком, интервал которого 0,1 – 0,9 вольт.