测量地球大气和地表在270纳米至500纳米波长范围内对太阳辐射的后向散射，光谱分辨率约为0.5纳米。望远镜114°的视角对应于地表2600千米的幅宽，保证了每天覆盖全球范围的测量。进入望远镜的光首先用扰码器去极化，然后分成紫外线通道（波长范围270～380纳米）和可见光通道（波长范围350～500纳米）两个通道。在正常的全球运行模式下，臭氧监测仪像素大小在最低点为13千米×24千米（沿轨道×跨轨道）。在变焦模式下，空间分辨率可以提高到13千米×12千米。像素尺寸的变小使得臭氧监测仪能够观察云层缝隙，这对于获取对流层信息非常重要。

臭氧监测仪继承了欧洲航天局的全球臭氧监测实验（GOME）仪器（搭载于ERS-2卫星），并引入了用高光谱分辨率测量紫外线/可见光/近红外波长范围内的全光谱的概念。这使得人们能够从同一光谱测量中获取多个痕量气体。OMI的前身是美国国家航空航天局的臭氧总量测绘光谱仪（TOMS）仪器。TOMS只使用8个波段获得臭氧柱总量，其优点是地面像素尺寸小（50千米×50千米），并且每日覆盖全球范围。OMI把全球臭氧监测试验（GOME）的优势与TOMS的优势结合起来，以非常高的空间分辨率（13千米×24千米，GOME空间分辨率为40千米×320千米）测量紫外线/可见波长范围内的全光谱，并且每天全球覆盖并测量比TOMS更多的大气成分，该优点通过采用二维探测器实现。OMI由荷兰航空航天计划署（NIVR）和芬兰气象研究所（FMI）联合资助。

OMI搭载于美国国家航空航天局 （NASA）地球观测系统（EOS）的Aura卫星，2004年7月15日发射到太阳同步的近极地（倾角98.2度）轨道上，轨道在地球上空705千米，轨道周期为98分53秒，重复周期为16天，每个周期233转。升交点在白天，在局地时间下午1:42穿过赤道。Aura卫星与其他地球观测卫星列队飞行，被称为“A-train”。OMI延续TOMS探测臭氧总量和其他与臭氧化学和气候有关的大气参数。

OMI是AURA卫星上的一个重要仪器，用于监测《蒙特利尔议定书》逐步淘汰氟利昂等化学用品后带来的臭氧层恢复。OMI测量常见污染物，如臭氧、二氧化氮、二氧化硫和气溶胶，美国环境保护署（EPA）已经认定这些大气成分对人类健康和农业生产力构成严重威胁；这些测量接近城市尺度分辨率并用于跟踪工业污染和生物质燃烧。OMI探测火山喷发产生的火山灰和二氧化硫，其灵敏度至少是TOMS的100倍，这些测量对飞机安全很重要。OMI在紫外波段测量臭氧廓线，与红外波段的对流层辐射光谱仪（tropospheric emission spectrometer;TES）和 高分辨率动态临边探测器（high resolution dynamics limb sounder；HIRDLS）以及微波的微波临边探测器（MLS）的测量结果相辅相成。OMI测量BrO、甲醛和OClO，这些成分在平流层和对流层的化学变化中都起到作用。OMI测量大气臭氧和NO₂总量，以及低层大气沙尘、烟尘和其他气溶胶。