氧传感器失效是环保发动机经常发生的问题，导致了氧传感器失效的原因与中国燃油、润滑油、道路状况有很大的关系，汽车氧传感器失效主要有两种表现形式：传感器元件老化和中毒。氧传感器老化的主要原因是传感元件局部表面温度过高。氧传感器的传感元件受到污染而失效的现象称为中毒。氧传感器中毒主要是指一氧化碳中毒、硫中毒、铅中毒、硅中毒、锰铅中毒和磷中毒。氧传感器老化，
在发动机利用氧传感器进行闭环控制的过程中，混合气的空燃比总是控制在理论空燃比附近，排气中几乎没有过剩的燃油，但是发动机刚刚起动之后，为了快速预热发动机，需要供给足够的燃油，排气中过剩的燃油就会在氧传感器的表面产生燃烧反应，一方面是形成碳粒而造成氧传感器表面的保护剥落，另一方面是使传感元件局部表面温度过高而加速传感器老化。
一氧化碳中毒
由于长时间混合气过浓，燃烧不完全，排气中一氧化碳过多时，氧传感器就会发生一氧化碳中毒，由于铂金属不仅有氧化催化作用，还具有还原催化作用，在长期缺氧状态下，吸附在铂金属上的一氧化碳会被还原解析成碳，在铂金属表面形成碳沉积，当碳沉积覆盖较多时，就会使铂金属催化剂比表面积减少而使活性下降，导致氧传感器不能再正确反馈氧含量，从而中毒失去作用。
硫中毒
燃料中的硫燃烧后在排气中是以二氧化硫形式存在的，铂金属催化剂活性中心对二氧化硫有极强的亲和力，二氧化硫被活性中心吸附后经过氧化变成三氧化硫，三氧化硫与排气的水结合形成硫酸，硫酸与金属氧化物反应会生成硫酸盐，与未燃烧的燃料中某些化合物反应会生成硫酸胶质，最终形成硫化学络合物吸附在铂金属催化剂活性表面上，妨碍了催化剂对氧和一氧化碳的吸附，减弱了氧传感器对空燃比变化的敏感程度，丧失了储存氧和释放氧的功能，导致氧传感器中毒失效，润滑油中的磷硅对氧传感器的影响与硫基本相似。
铅中毒
燃油或润滑油添加剂中的铅离子与氧传感器的铂电极发生化学反应，导致催化剂铂的催化性能降低的现象，称为铅中毒。虽然现在都使用无铅汽油，大大减少了氧传感器铅中毒的机率。但是，由于燃油或润滑油的添加剂中含有多种铅化合物，氧传感器的铅中毒也是不可避免的。
硅中毒
发动机上的硅密封胶、硅树脂成型部件、铸件内的硅添加剂等都有硅离子，这些硅离子会污染氧传感器的外侧电极，氧传感器内部端子处密封用的硅橡胶会污染内侧电极。硅离子与氧传感器的铂电极发生化学反应而导致催化剂铂的催化性能降低的现象，称为硅中毒。