前氧傳感器出現故障時，ECU無法準確獲取排氣管中氧濃度的信息，因此無法對混合氣濃度進行反饋控制(ECU不知道是否有更多的噴油和進氣)，從而使發動機的油耗和排氣污染增加，車輛會出現怠速不穩、失火、喘振等一些故障癥狀。

氧傳感器中毒是一種常見且難以預防的故障，尤其是對于經常使用含鉛汽油的汽車。即使是新的氧傳感器也只能工作幾千公里。如果只是輕微的鉛中毒，那么使用一箱無鉛汽油就可以去除氧傳感器表面的鉛，使其正常工作。但由于排氣溫度過高，鉛侵入其內部，阻礙氧離子擴散，使氧傳感器失效，此時需要更換。此外，氧傳感器的硅中毒也很常見。一般來說，汽油和潤滑油中的硅化合物燃燒產生的二氧化硅，以及硅橡膠密封墊使用不當散發的有機硅氣體，都會使氧傳感器失效，所以要使用質量好的燃油和潤滑油。修理時，正確選擇和安裝橡膠墊圈，不要在傳感器上涂除制造商規定的溶劑和防粘劑。

由于發動機燃燒嚴重，氧傳感器表面形成積碳，或者油液污染或灰塵等沉積物進入氧傳感器，會阻擋或阻斷外界空氣進入氧傳感器，導致氧傳感器輸出信號不準確，ECU無法及時修正空燃比。產生積碳，主要表現為油耗增加，排放濃度明顯增加。此時，如果沉積物被清除，將恢復正常運行。