电化学气体传感器是由膜电极和电解液灌封而成的。气体浓度信号将电解液分解成阴阳带电离子，通过电极将信号传出。它的优点是：反映速度快、准确（可用于ppm级），稳定性好、能够定量检测，但寿命较短（大于等于两年）。它主要适用于毒性气体的检测，目前国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。
是通过检测电流来检测气体的浓度，分为不需供电的电池式以及需要供电的可控电位电解式。
基于电化学原理工作的传感器其简单的一种型式就是两电极系统。其工作电极和对电极由一薄层电解液隔开并经由一个很小的电阻联通外电路。当气体扩散进入传感器后，在敏感电极表面进行氧化或还原反应，产生电流并通过外电路流经两个电极。该电流的大小比例于气体的浓度，可通过外电路的负荷电阻予以测量。
为了让反应能够发生，敏感电极的电位必须保持在一个特定的范围内。但气体的浓度增加时，反应电流也增加，于是导致对电极电位改变（极化）。由于两电极是通过一个简单的负荷电阻连接起来的，虽然敏感电极的电位也会随着对电极的电位一起变化。如果气体的浓度不断地升高，敏感电极的电位终有可能移出其允许范围。至此传感器将不成线性，因此两电极气体传感器检测的上限浓度受到一定限制。