根據工作原理的不同，可以將溶解氧傳感器分為：原電池型，極譜型，熒光法三個類型。
原電池型溶解氧傳感器的工作原理：兩個由不同金屬制成的電極浸沒在內充的溶液中，在兩個電極之間會發生自然的電化學反應。水中溶解的氧氣會透過電極頭上的半透膜進入電極內電解液中。進入的氧分子在陰極附近會被還原為氫氧根。在陽極上產生一個與電子數量成正比的電流，該電流與溶解氧的濃度成正比，如下圖所示。
 
極譜型溶解氧傳感器的工作原理：兩個不同金屬制成的電極浸沒在電解液中，當給溶解氧分析儀電極加上0.6-0.8V 的極化電壓時，氧通過膜擴散進入電解液與金電極和銀電極構成測量回路，陰極釋放電子，陽極接受電子，產生電流，該電流與溶解氧的濃度成正比，如下圖所示。
 
熒光法溶解氧傳感器的工作原理：基于熒光猝熄原理。藍光照射到熒光物質上使熒光物質激發并發出紅光，由于氧分子可以帶走能量（猝熄效應），所以激發的紅光的時間和強度與氧分子的濃度成反比。通過測量激發紅光與參比光的相位差，并與內部標定值對比，從而可計算出氧分子的濃度，如下圖所示。
 
三種不同類型的溶解氧傳感器的優缺點如下表所示：

原電池型和極譜型溶解氧傳感器屬于傳統型溶解氧傳感器，由于膜和電解液的原因，需要經常更換和清洗探頭，而且數據容易漂移。熒光法溶解氧傳感器不需要頻繁清洗探頭，數據穩定，測量響應時間快，效果是節約了能源以及保證了降解效果。