氧感測器的主要作用包括：
監測發動機燃燒後的尾氣中含氧量，並將此信息轉換成電壓信號傳遞給發動機計算機(ECU)。
幫助發動機實現以過量空氣因數為目標的閉環控制，確保三元催化轉化器對排氣中的碳氫化合物(HC)、一氧化碳(CO)和氮氧化合物(NOx)等污染物有最高的轉化效率，從而最大程度地進行排放污染物的轉化和淨化。
彌補因機械及電噴系統其他部件磨損引起的空燃比誤差。
氧感測器通過檢測排氣中氧的濃度，向ECU傳送反饋信號，協助控制噴油器的噴油量，從而將混合氣的空燃比控制在理論值附近，以提高發動機的燃燒效率和降低尾氣排放。