Transmisja światła o długości 660 nm warunkuje obecność hemoglobiny utlenowanej, natomiast transmisja światła o długości 940 nm determinuje zawartość hemoglobiny odtlenowanej. Przyjmuje się, że karboksyhemoglobina (HbCO) i methemoglobina (HbMet) stanowi mniej niż 5% i ich udział jest pomijany w pomiarach. Podobnie pomija się obecność sulfhemoglobiny i hemoglobiny płodowej. Na podstawie pomiarów można wyznaczyć saturację według wzoru:
Miernik thumb|Pomiar przez paznokieć Czujnik pulsoksymetru składa się z nadajnika światła monochromatycznego o dwóch długościach fali i fotodetektora. Źródłem światła są najczęściej dwie diody, które świecą naprzemiennie ponieważ fotodetektor (fotodioda) nie odróżnia długości fal a jedynie ich natężenie. Fotodetektor wzmacnia wyłącznie światło o zmiennym natężeniu. Ustalony okres bez prześwietleń może być wykorzystany do korekcji pomiaru warunków oświetlenia otoczenia.
Diody przełączane są z częstotliwością 700 Hz. Uzyskany sygnał można podzielić na składowe stałą i zmienną. Składowa zmienna, która stanowi od 1% do 5% wartości całkowitej sygnału, jest głównym wyznacznikiem dokładności pomiaru. Analizowana jest jedynie ta część sygnału, która występuje w fazie skurczowej.