Przyrząd oświetla badane ciało naprzemiennie z dużą częstotliwością oboma falami. Światło po przejściu (albo rozproszeniu) przez tkankę pada na fotodiodę. Rejestrowany jest przebieg czasowy obu krzywych pochłaniania. Z przebiegu wyodrębnia się odcinek między maksimami, odpowiadający jednemu uderzeniu serca. Parametry przebiegu (amplitudę) porównuje się z danymi w tabeli referencyjnej, określając stopień nasycenia hemoglobiny tlenem (SpO2).
Sposób użycia Czujnik pulsoksymetru zakłada się zazwyczaj na palec u ręki. Niektóre rodzaje zakłada się na przegrodę nosową, palec u nogi, płatek ucha, a u noworodków na stopę lub nadgarstek. Wynik odczytuje się po około minucie pomiaru i jest na bieżąco zmieniany.
Jeżeli pulsoksymetr posiada wskaźnik indeksu perfuzji (PI) i wskazuje on mniej niż 0,4%, pomiar może być niedokładny. W takiej sytuacji należy zmienić palec.
Prawidłowy poziom saturacji tlenem wynosi od 95 do 99% i zależy od wieku. Pulsyksometry są kalibrowane do pracy na podstawie badań na ochotnikach dla saturacji w zakresie od 80% do 100%, wartości mniejsze są ekstrapolowane.