原理是采用离子识别技术，即利用固定在敏感膜上的离子识别材料，有选择性地结合被敏感的离子，从而使膜电位或膜电流发生改变。

离子选择电极（ISE）。当把离子选择电极浸入含有能在电极上产生响应的离子溶液时，就在离子选择性膜两侧产生一电位，该电位与溶液中离子的活度及内参比溶液中离子的活度有关，通过一个高输入阻抗的电位测量装置，测得离子选择电极和外参比电极的电位差，该电位差仅与溶液中被测离子的活度有关。

离子选择场效应晶体管（ISFET）。工作机理与ISE膜电位的工作原理与MOSFET金属-氧化物-半导体场效应晶体管工作原理直接相关。

离子传感器的分类如图所示。

离子传感器的分类

膜材料尤其是感应物质的性质对离子传感器特性有极其密切的关系。离子传感器的研究，全部集中在特性优异的离子传感器膜材料方面。

玻璃膜离子传感器特性。由玻璃组分变化而得的传感器对氢离子有选择性，或对碱金属离子有选择性。也就是说，如增加玻璃中氧化铝和氧化硼的含量，就成为由碱金属离子引起感应性的玻璃膜。由于pH测定用的玻璃电极不适用于含氟化物溶液的pH，因此正在开发以阳离子交换膜作感应膜的氢离子传感器。

ISFET的特性。主要受FET栅离子感应膜特性支配，但离子感应膜与栅表面的黏着性也很大程度上决定ISFET的特性。探索黏附性好的膜材料或改进黏着方法，对传感器特性改进都是必要的。

广泛应用于环境检测，特别是江、河、湖、泊的水质监测，工厂排水自动检测，工厂生产溶液的自动监控，实验室日常分析，医疗卫生领域如对临床检查和体内埋入型离子传感器的需求日益迫切。