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電化學傳感器的基本元件為：一個工作（或傳感）電極、一個極板，通常還包括一個參考電極。上述電極附于傳感器箱內，襯以液體電解質。工作電極位于一塊特氟綸薄膜的內面上，有多孔供氣流穿過，但電解液無法滲透。

氣體擴散后進入傳感器并穿過薄膜到達電極。氣體到達電極后將發生電化學反應——或為氧化，或為壓縮，依氣體類型而定。例如，一氧化碳可能被氧化為二氧化碳；氧可能被壓縮為水。氧化反應使電子通過外電路從工作電極流向極板；與此相反，壓縮反應使電子從極板流向工作電極。上述電子流構成電流，并與氣體濃度互成比例。儀器內的電子根據校準對電流進行檢測及放大，并對輸出進行測量。儀器繼而向有毒氣體傳感器顯示氣體濃度，如：有毒氣體傳感器以百萬分濃度（PPM）顯示，氧傳感器以百分比含量顯示。