橡膠等透氣材料。陰陽兩電極之間外加 0.5～１.５伏的極化電壓。有的極化電壓為0.7伏。當溶解氧透過薄膜到達黃金陰極表面，在電極上發生如下反應。
陰極被還原：O2 2H2O 4e→4OHˉ ；同時，陽極被氧化：4Clˉ 4Ag-4e→4AgCl ；在正常情況下，上述還原-氧化反應產生的擴散電流 i∞之值與溶氧濃度成正比。可用下式表示：
i∞=nFA（Pm/L）Cs 式中：i∞－穩定狀態的擴散電流 n－得失電子數；F－法拉第常數（96500庫侖）；A－陰極表面積（平方厘米）；Pm－薄膜的滲透系數（厘米 2/秒） ；L－薄膜的厚度（厘米） ；Cs－溶解氧濃度（ppm） 。當電極結構和薄膜確定之后，式中 A、Pm、L、n等均為常數。令 K=nFA（Pm/L） ，則上式中：i∞=KCs。
因此可見，只要測得擴散電流 i∞，即可測得溶解氧濃度。為消除溫度、鹽度和氣壓因素影響，各型號產品采用各自技術進行補償。原電池型(Galvanic Cell)：當外界氧分子透過薄膜進進電極內相到達陰極的三相界面時，產生下式反應。
陰極被還原：O2 2H2O 4e→4OHˉ 同時，鉛陽極被氧化：2Pb 2KOH 4OHˉ-4e→2KHPbO2 2H2O 即：氧在銀陰極上被還原為氫氧根離子，并同時向外電路獲得電子；鉛陽極被氫氧化鉀溶液腐蝕，生成鉛酸氫鉀，同時向外電路輸出電子。接通外電路之后，便有信號電流通過，其值與溶氧濃度成正比。
其工作原理主要就是通過氧透過隔膜被工作電極還原，產生與氧濃度成正比的擴散電流，通過測量此電流，得到水中溶解氧的濃度。根據濃度不同，隔膜電極分為極譜式和原電池式兩種類型。極譜式隔膜電極以銀-氯化銀作為對電極，電極內部電解液為氯化鉀，電極外部為厚度25-50μm的聚乙烯和聚四氟乙烯薄膜，薄膜擋住了電極內外液體交流，使水中溶解氧滲入電極內部，兩電極間的電壓控制在0.5-0.8V，通過外部電路測得擴散電流可知溶解氧濃度。原電池式用銀作陽電極，鉛作陰電極。陽電極和銀電極浸入氫氧化鉀電解池中，形成兩個半電池，外層同樣用薄膜封住。溶解氧在陽極被還原，產生擴散電流，通過測定擴散電流可得溶解氧濃度。