被测量的气体扩散透过多孔的膜在其上进行氧化或还原反应。其反应的性质以工作电极的热力学电位和分析气体的（氧化还原）性质而定。氧化还原反应中参加反应的电子，流向（还原）或流出（氧化）工作电极，通过外电路成为传感器的输出信号。为了氧化还原反应得以进行，工作电极的热力学电位是一个极为重要的因素。参考电极则是为了提供电解中的工作电极具有一种稳定的电位而设。参考电极通常需要保护，使之不暴露在样气中，这样参考电极的热力学电位就总是具有同一数值保持稳定。此外，参考电极不允许有电流需要的第二电极，它的作用主要是允许电子进入或流出传感器内部。控制工作电极电位和将信号电流转换为电压信号的电路称之恒电位电路（或恒电位器）。工作电极的工作信号需经运放U2转换为电压信号。