Prinzip
Die Messung erfolgt mit einem Sättigungsaufnehmer (Clip oder Klebesensor) an einem leicht zugänglichen Körperteil, vorzugsweise an einem Finger, Zeh, am Ohrläppchen oder bei frühgeborenen Säuglingen auch am Fußballen oder Handgelenk. Die so ermittelte Sauerstoffsättigung wird als SpO2 (partielle Sauerstoffsättigung) bezeichnet. Um den Messwert dieser nichtinvasiven, indirekten Bestimmung der Sauerstoffsättigung eindeutig von der an einer entnommenem Blutprobe mittels Blutgasanalyse ermittelten arteriellen Sauerstoffsättigung zu unterscheiden, deutet das p in dieser Bezeichnung auf das pulsoxymetrische Messverfahren hin.

HbO2: Konzentration des mit O2 beladenen Hämoglobins
Hb: Konzentration des Hämoglobins, dessen Transportplätze für O2 noch frei sind

Der Sensor hat auf der einen Seite zwei in einem definierten (Infra-)Rot-Bereich (s. u.) leuchtende Lichtquellen, auf der anderen einen Fotosensor. Durch die unterschiedliche Färbung des mit Sauerstoff gesättigten Hämoglobins entsteht für das durchstrahlende Rotlicht eine unterschiedliche Absorption, die der Fotosensor misst. Über den Clip oder Klebesensor wird neben der Sättigung auch der Puls in den kleinsten Blutgefäßen (Kapillaren) erfasst.

Gemessen werden drei Werte, die Absorption des Lichts im 660 nm-Bereich, im 940 nm-Bereich und – zur Tarierung – ohne die Strahlung der Messlichtquellen, nur mit Umgebungslicht. Die unterschiedliche Absorption des Lichtes ergibt eine Differenz.

Die Messung erfasst das pulsierend durchströmende Blut und nicht das Gewebe und die Gefäße. Anhand eines Vergleichs des Messergebnisses mit einer Referenztabelle ermittelt ein Überwachungsmonitor, welcher prozentuale Anteil der roten Blutkörperchen gesättigt ist. Übliche Werte liegen beim Gesunden zwischen 96 und 100 %.

Praktische Anwendung der Pulsoxymetrie:
Im Rettungsdienst und auf Intensivstationen sowie in der Anästhesie ist die Pulsoxymetrie Teil des Standardmonitorings des Patienten. Bei Frühgeburten wird zur weiteren häuslichen Überwachung oft ein Überwachungsmonitor eingesetzt, der die Atemfrequenz, die Sauerstoffsättigung und den Puls misst.
Bei der Überwachung von Frühgeborenen in der neonatalen Intensivmedizin kommt häufig auch die duale Pulsoxymetrie (rechts - links) zum Einsatz, um bei diagnostiziertem persistierenden Ductus arteriosus den Unterschied zwischen präduktaler und postduktaler Sauerstoffsättigung im zeitlichen Verlauf zu erfassen.

Die Pulsoxymetrie wird in der Sportfliegerei bei Flügen in große Höhen eingesetzt, um so durch Selbstkontrolle einer Hypoxie vorbeugen zu können.
Auch im Bereich des Höhenbergsteigens werden immer öfter Pulsoxymeter verwendet um eine drohende Höhenkrankheit frühzeitig zu erkennen.