氧分析仪的原理主要有化学电池法、原电池法、燃料电池法、赫兹电池法和浓差电池法。要检测的氧气先通过一个小的毛细口传感器，然后通过一个疏水膜扩散进入，到达电极表面。传感器的结构设计保证会有适量的气体进入与感应电极反应产生足够的电信号，并同时防止电解液泄漏出传感器。通过疏水膜扩散进入传感器里的气体在感应电极发生氧化/还原反应，电极间连接一个电阻，这样，阴极和阳极间会产生一个与氧浓度成正比的电流。通过检测这个电流，就反应出气体中的氧浓度。
氧分析仪测量的几种原理：
(1)氧化锆型测量系统:
浓缩池系统，像氧化锆这样的固体电解质氧离子的高电导率温度。当多孔时铂电极附着在两者上，氧化锆元素的侧面加热和不同部分的气体氧气浓度被带入与的相应表面接触氧化锆是一种氧气浓缩池。这种现象导致电动势被在两个电极之间产生，根据能斯特方程，确定比例氧浓度。
优势：可以是直接的安装在燃烧过程，例如锅炉烟道和不需要取样系统快速回路。
缺点：如果样品气体含有可燃气体，它被可能烧毁测量池。
(2)氧化锆型测量系统:限制电流类型
如果流程氧气进入氧化锆的阴极，加热到高温的元件是有限，出现了一个区域电流变得均匀，当施加的电压增加了。这个有限的电流是与氧气成比例。
优点：能够测量微量氧浓度。可在空气中需要校准。
缺点：如果样品气体含有可燃气体，则会出现测量误差。
灰尘的存在导致阴极侧的气体扩散孔堵塞；必须在前一阶段安装过滤器。
(3)磁型测量系统:顺磁性系统
这是利用氧顺磁性的方法之一。当样品气体含有氧气时，氧气被吸入磁场，从而降低气流B中辅助气体的流速。由气流B中流动限制的影响引起的两个气流A和B的流速差与样品气体的氧气浓度成比例。流速由热敏电阻决定，并转换成电信号，其差值作为氧信号计算。
优点：1、能够测量氧化锆氧分析仪无法测量的可燃气体混合物。
2、因为检测部分没有传感器与样品气体接触，顺磁性系统也可以测量腐蚀性气体。
3、在磁性类型中，顺磁性系统比其他系统提供更快的响应时间。
4、在磁性类型中，顺磁性系统比其他系统更能抵抗振动或冲击。
缺点：需要一个与样品气体特性或应用相对应的取样单元。
