电化学式气体传感器包括离子电极型、定电位型和珈伐尼电池型等。
1、 离子电极型气体传感器
由电解液、固定参照电极和PH电极组成。通过透气膜使被测气体和外界达到平衡，在电解液中达到如下化学平衡（以被测气体为CO2为例）。
CO2+H2O=H++HCO3-
根据质量作用法则，HCO3- 的浓度一定和在设定的范围内H+ 浓度和CO2分压成比例，根据PH值才能知道CO2的浓度。适当的组合电解液和电极，可以检测多种气体。如NH3、SO2、NO2（PH电极）HCN(Ag电极)、卤素（卤化物电极）等传感器已实用化。
2、 珈伐尼电池式气体传感器
已氧传感器为例。这种传感器由隔离膜、铅电极（阳）、电解液和白金电极（阴）组成一个珈伐尼电池。当被测气体通过聚四氟乙烯隔膜扩散到达负极表面时，即可发生还原反应。在白金电极上被还原成OH- 离子，阳极上铅被氧化成Pb（OH）2，溶液中产生电流。这时流过外电路的电流和透过聚四氟乙烯膜的氧的速度成比例，阴极上氧分压几乎为零，氧透过的速度和外部的氧分压成比例。
3、 定位电解法气体传感器
定位电解法气体传感器又称控制电位电解法气体传感器。它是由工作电极、辅助电极、参比电极以及聚四氟乙烯制程的透气隔离膜组成，在工作电极与辅助电极、参比电极间充以电解液，传感器工作电极（敏感电极）的电位由恒电位器控制，使其与参比电极电位保持恒定，待测气体分子通过透气膜到达敏感电极表面时，在多孔型贵金属催化作用下，发生电化学反应（氧化反应），同时辅助电极上氧气发生还原反应。这种反应产生的电流大小受扩散过程的控制，而扩散过程与待测气体浓度有关，只要测量敏感电极上产生的扩散电流，就可以确定待测气体浓度。在敏感电极与辅助电极之间加一定电压后，使气体发生电解，如果改变所加电压，氧化还原反应选择性地进行，就可以定量检测气体。