电化学传感器的基本元件为：一个工作（或传感）电极、一个极板，通常还包括一个参考电极。上述电极附于传感器箱内，衬以液体电解质。工作电极位于一块特氟纶薄膜的内面上，有多孔供气流穿过，但电解液无法渗透。

气体扩散后进入传感器并穿过薄膜到达电极。气体到达电极后将发生电化学反应——或为氧化，或为压缩，依气体类型而定。例如，一氧化碳可能被氧化为二氧化碳；氧可能被压缩为水。氧化反应使电子通过外电路从工作电极流向极板；与此相反，压缩反应使电子从极板流向工作电极。上述电子流构成电流，并与气体浓度互成比例。仪器内的电子根据校准对电流进行检测及放大，并对输出进行测量。仪器继而向有毒气体传感器显示气体浓度，如：有毒气体传感器以百万分浓度（PPM）显示，氧传感器以百分比含量显示。