在正常情況下，氣候條件的變化（溫度、濕度和氣壓的波動）會對氧氣傳感器性能的穩定性產生不同程度的影響。溫度的變化會對透氧膜的透氧率產生影響，從而影響擴散電流。
用熱敏電阻補償可以抵償一部分溫度波動而產生的偏差，使之變為原來的 1/2～1/3。還有些氧氣傳感器表面的透氣膜粘附水氣的能力強，其透氧量會隨濕度升高而減少，造成氧氣傳感器性能降低，所以選擇氧氣傳感器的透氣膜時，應選擇對水氣的粘附力不強，對水氣的粘附性也較穩定的透氣膜。
大氣壓波動會同步地引起傳感器性能波動，目前許多國家正在研究消除大氣壓波動對氧氣傳感器性能影響的方法，方法之一是利用池壁來安裝壓力緩沖器，這種壓力緩沖器實質上是一張不透氣的膜，利用這張膜的緩沖性可減少大氣壓波動對氧氣傳感器性能的影響。
