溶解氧測定儀測量探頭最前端的傳感器罩上覆蓋有一層熒光物質，LED光源發出的藍光照射到熒光物質上，熒光物質被激發，并發出紅光；一個光電池檢測熒光物質從發射紅光到回到基態所需要的時間。這個時間只和藍光的發射時間以及氧氣的多少有關，溶解氧測定儀探頭另有一個LED光源，在藍光發射的同時發射紅光，做為藍光發射時間的參考。傳感器周圍的氧氣越多，熒光物質發射紅光的時間就越短。因此，計算出溶解氧的濃度。

在各種不同的水體，溶解氧含量通常是水質優劣的重要指標。以河流水為例，溶解氧含量在未受污染的區段通常很高，甚至可以達到飽和，但在遭受有機物污染時，水中微生物的繁殖會消耗氧氣，溶解氧值隨即降低，嚴重時甚至接近0mg/L，溶解氧小于2mg/L的河流水甚至不適合用于灌溉。在評估水質污染狀況時，溶解氧的測定不可少。

在廢水處理程序中，往往需要利用氧性微生物來分解廢水中的有機污染物，這時水的溶解氧控制就顯得十分重要，為了維持適量的氧氣，經常進行溶解氧測定是必要的。

工業用水中，去除鍋爐水的溶解氧十分重要，因為氧氣會使得高溫下的鍋爐鋼管發生腐蝕，因此需要加入除氧劑去除溶解氧，日常維護中，管理人員需要測量鍋爐水的溶解氧以控制除氧劑的用量。