Dans une voiture équipée d’un convertisseur catalytique trois voies, c’est la sonde lambda qui va mesurer la quantité d’oxygène résiduel dans les gaz d’échappement, elle enverra alors l’information à l’unité de commande moteur qui gèrera le mélange. Cette sonde est installée devant le catalyseur et elle compare la teneur en oxygène de l’air extérieur et des gaz d’échappement.

La sonde Lambda est formée d’un corps en céramique dont la partie extérieure se trouve dans le système d’échappement, devant le catalyseur, tandis que la partie intérieure est reliée à l’air ambiant. La céramique est recouverte d’une couche très fine de platine poreux tant dedans qu’à l’extérieur. Le côté en contact avec les gaz d’échappement, la partie extérieure donc, va créer un pôle négatif grâce au platine du corps en céramique de la sonde. La partie intérieure, celle en contact avec l’air ambiant, va créer elle, un pôle positif grâce à la couche intérieure de platine. La différence mesurée de tension, en millivolt, est donc la différence en teneur d'oxygène entre l’air ambiant et les gaz.

C’est le pôle positif qui transmet l’information à l’unité de commande du moteur qui va alors réguler l’injection du carburant ou l’allumage pour atteindre un niveau acceptable d’émission de gaz. D’autres sondes lambda que celle décrite ci-dessus existent aussi comme par exemple la sonde en céramique avec une gamme plus vaste de mesure ou la sonde lambda à bande large.

Les diesels sont aussi équipés en sonde lambda depuis 2002, elles servent alors à contrôler l’injection en diesel. La consommation de carburant et les gaz polluants sont ainsi réduits. La sonde, conjointement avec l’unité de commande du moteur va optimiser la recirculation des gaz, la pression de suralimentation ainsi que le départ de l’injection. Elle réduit aussi beaucoup les cliquetis faits par le moteur

Plusieurs facteurs vont jouer sur la longévité d’une sonde lambda… Comme l’huile moteur que l’on retrouve dans les gaz, huile qui peut venir d’une fuite dans le moteur ou parce que l’on en met de trop… Une sonde lambda peut aussi être défaillante parce que le carburant de la voiture n’est pas de bonne qualité !