Det første pulsoximeter blev udviklet af Millikan i 1940'erne. Den overvåger forholdet mellem ilt-bærende hæmoglobin og ilt-nedbrydende hæmoglobin i arterierne. Et typisk pulsoximeter har to-lysemitterende dioder (LED'er). Disse lysdioder peger mod det område af patienten, der testes,-normalt fingerspidsen eller øreflippen. Den ene diode udsender en lysstråle ved en bølgelængde på 660 nanometer, og den anden udsender ved 905, 910 eller 940 nanometer. Ilt-bærende hæmoglobin absorberer disse to bølgelængder meget forskelligt fra ilt{15}}nedbrydende hæmoglobin. Ved hjælp af denne egenskab kan forholdet mellem de to typer hæmoglobin beregnes. Testen kræver normalt ikke blodsugning fra patienten.
Et typisk pulsoximeter kan også vise patientens puls. Ifølge Beer-Lamberts lov skal forholdet R/IR have en lineær sammenhæng med arteriel iltmætning (SaO2). Men fordi biologiske væv er komplekse optiske systemer med stærk spredning, svag absorption og anisotropi, er de ikke helt i overensstemmelse med den klassiske Beer-Lambert-lov. Dette gør det vanskeligt at etablere en matematisk model, der udtrykker sammenhængen mellem den relative ændring i absorbans af rødt og infrarødt lys (R/IR-værdi) og arteriel iltmætning (SaO2). Korrespondancen mellem R/IR og SaO2 kan kun bestemmes eksperimentelt, dvs. gennem kalibreringskurver. De fleste producenter af pulsoximetre opnår empiriske kalibreringskurver gennem eksperimentelle metoder for at fuldføre præ{12}}kalibrering før produktforsendelse.
