De eerste pulsoximeter werd in de jaren veertig door Millikan ontwikkeld. Het controleert de verhouding tussen zuurstof-dat hemoglobine transporteert en zuurstof-uitputtende hemoglobine in de slagaders. Een typische pulsoximeter heeft twee licht-emitterende diodes (LED's). Deze LED's zijn gericht op het gebied van de patiënt dat wordt getest-meestal de vingertop of oorlel. Eén diode zendt een lichtstraal uit met een golflengte van 660 nanometer, en de andere straalt uit met een golflengte van 905, 910 of 940 nanometer. Zuurstof-die hemoglobine transporteert, absorbeert deze twee golflengten heel anders dan zuurstof-uitputtende hemoglobine. Met behulp van deze eigenschap kan de verhouding tussen de twee soorten hemoglobine worden berekend. Voor de test is meestal geen bloedafname bij de patiënt vereist.
Een typische pulsoximeter kan ook de hartslag van de patiënt weergeven. Volgens de wet van Beer-Lambert moet de verhouding R/IR een lineair verband hebben met de arteriële zuurstofverzadiging (SaO2). Omdat biologische weefsels echter complexe optische systemen zijn met sterke verstrooiing, zwakke absorptie en anisotropie, voldoen ze niet volledig aan de klassieke wet van Beer-Lambert. Dit maakt het moeilijk om een wiskundig model op te stellen dat de relatie weergeeft tussen de relatieve verandering in de absorptie van rood en infrarood licht (R/IR-waarde) en de arteriële zuurstofverzadiging (SaO2). De overeenkomst tussen R/IR en SaO2 kan alleen experimenteel worden bepaald, dat wil zeggen door middel van kalibratiecurven. De meeste fabrikanten van pulsoximeters verkrijgen empirische kalibratiecurven via experimentele methoden om de pre-voorkalibratie te voltooien voordat het product wordt verzonden.
