在正常情况下，气候条件的变化（温度、湿度和气压的波动）会对氧气传感器性能的稳定性产生不同程度的影响。温度的变化会对透氧膜的透氧率产生影响，从而影响扩散电流。

用热敏电阻补偿可以抵偿一部分温度波动而产生的偏差，使之变为原来的 1/2～1/3。还有些氧气传感器表面的透气膜粘附水气的能力强，其透氧量会随湿度升高而减少，造成氧气传感器性能降低，所以选择氧气传感器的透气膜时，应选择对水气的粘附力不强，对水气的粘附性也较稳定的透气膜。

大气压波动会同步地引起传感器性能波动，目前许多国家正在研究消除大气压波动对氧气传感器性能影响的方法，方法之一是利用池壁来安装压力缓冲器，这种压力缓冲器实质上是一张不透气的膜，利用这张膜的缓冲性可减少大气压波动对氧气传感器性能的影响。