Een amperometrische dissolved oxygen (DO) sensor bestaat in principe uit een meetelektrode (Au) en een tegenelektrode (Ag) die zich in een elektrolytische vloeistof bevinden en waarover een bepaalde spanning is aangelegd. De te meten vloeistof staat in contact met dit elektrolyt via een membraan. Zuurstof permeëert via het membraan naar het elektrolyt, wordt gereduceerd aan de meetelektrode en genereert zo een stroom. Aan de tegenelektrode vindt tegelijkertijd een equivalente chemische reactie plaats. De resulterende stroom is lineair afhankelijk van de partieeldruk van zuurstof in de te meten vloeistof.

In het complexere drie-elektroden systeem wordt er een bijkomende referentie-elektrode gebruikt om nauwkeurig de interne condities van de sensor te controleren en te reguleren. Er wordt namelijk een zilverbromide laag gevormd op de tegenelektrode, wat potentieel leidt tot meetfouten. De vorming van dergelijke laag is temperatuurafhankelijk: wanneer de temperatuur stijgt, verdwijnt de eerder gevormde laag. Bij matige temperaturen is de laag echter permanent aanwezig en is een referentie-elektrode vereist om een correcte meetwaarde te behouden.