混合氣體的磁化率反應了氣體中含氧量的多少，但是實際中含氧混合氣體的磁化率的值是很小的，直接測量磁化率用以反映氣體中含氧量的多少是困難的。熱磁式氧氣傳感器是利用煙氣組份中氧氣的磁化率特別高這一物理特性來測定煙氣中的氧氣含量。氧氣為順磁性氣體（氣體能被磁場所吸引的稱為順磁性氣體），在不均勻磁場中，氣體能被磁場所吸引而流向磁場較強處。
在該處設有加熱絲，使此處氧的溫度升高而磁化率下降，因而磁場吸引力減小，受后面磁化率較高的未被加熱的氧氣分子推擠而排出磁場，由此造成“熱磁對流”或“磁風”現象。在一定的氣樣壓力、溫度和流量下，通過測量磁風大小就可測得氣樣中氧氣含量。
由于熱敏元件（鉑絲）既作為不平衡電橋的兩個橋臂電阻，又作為加熱電阻絲，在磁風的作用下出現溫度梯度，即進氣側橋臂的溫度低于出氣側橋臂的溫度。不平衡電橋將隨著氣樣中氧氣含量的不同，輸出相應的電壓值。
當氣樣中無氧氣存在時，磁風消失，兩橋臂溫度相同，電橋處于平衡狀態，輸出為零。根據磁風測量方法和敏感元件結構的不同，熱磁式氧氣傳感器又可分為外對流式、內對流式和磁力機械式等型式。
