Pulsoksymetr działa na zasadzie pomiaru pochłaniania przez czerwone krwinki w naczyniach włosowatych promieniowania o dwóch różnych długościach fali – czerwonego i podczerwonego. Mierzony sygnał składa się z dwóch składowych: stałej i zmiennej (pulsującej). Składowa zmienna opisuje absorbancję pulsującej krwi tętniczej. Na podstawie pomiaru oblicza się stopień nasycenia hemoglobiny tlenem. Pulsoksymetr mierzy również tętno.