حسگرهای شیمیایی شامل لایه حس‌کننده‌ای هستند که در اثر برهمکنش گونه شیمیایی (آنالیت) با این لایه، سیگنال الکتریکی ایجاد می‌شود. سپس این سیگنال تقویت و پردازش می‌شود. بنابراین عمل حسگرهای شیمیایی شامل دو مرحله اصلی است که عبارتند از: تشخیص و تقویت. به طور کلی وسیله‌ای که انجام این فرایند را بر عهده دارد، حسگر شیمیایی نامیده می‌شود. این وسیله اطلاعات مربوط به ترکیب شیمیایی محیط عمل خود را جمع‌آوری کرده و به صورت سیگنال نوری یا الکتریکی به پردازشگر منتقل می‌کند. یک مثال عینی از این حسگرها در طبیعت، بینی انسان است که در آن، با برخورد مولکول‌های مواد به سلول‌های عصبی، سیگنال عصبی تولید و سپس تقویت شده و به مغز ارسال می‌شود. یک حسگر شیمیایی، مستقیماً در تماس با نمونه قرار می‌گیرد و نتایج مناسب را در زمان کم، دقت و گزینش‌پذیری بالا ارائه می‌کند. سادگی استفاده از این حسگرها سبب شده است تا در زمینه‌های گوناگون از آن‌ها استفاده شود؛ در شیمی بالینی، کنترل عوامل بیماری‌هایی نظیر دیابت، تشخیص و ردیابی گازهای خاص مانند اکسیژن و منوکسید کربن و غیره کاربرد دارند. همچنین از حسگرها برای تعیین میزان آلوده‌کننده‌های محیط زیست، کنترل و فرایند صنایع غذایی نیز استفاده می‌شود.
از ویژگی‌های مهّم حسگرهای شیمیایی، امکان ساخت آن‌ها در اندازه‌های بسیار کوچک است. این کوچک شدن، امکان اندازه‌گیری گونه‌های مختلف را، حتی در سلول‌های بدن موجودات زنده، فراهم می‌کند.
شمایی از یک حسگر شیمیایی
انواع حسگرهای شیمیایی:
1. حسگرهای گرمایی
گرما از ویژگی‌های عمومی واکنش‌های شیمیایی است؛ بر این اساس، یک فاکتور فیزیکی مناسب برای حسگری، تشخیص و اندازه‌گیری تغییرات دمای ایجاد شده در حین انجام یک واکنش است که متناسب با تغییرات غلظت آنالیت است. در ساخت حسگرهای گرمایی از دو نوع ردیاب گرمایی استفاده می‌شود؛ از بین این ردیاب‌ها، ترمیستور معمول‌ترین آن‌هاست که به علت قیمت ارزان، در دسترس بودن، پایداری و حساسیت بالا، کاربرد بیشتری دارد. پیروالکتریک‌ها نوع دیگر مبدل‌های به‌کار رفته در حسگرهای گرمایی هستند که حساسیت بسیار بالایی برای حسگری گرمایی دارند. از کاربردهای حسگرهای گرمایی می‌توان موارد زیر را نام برد: تعیین کلسترول، اندازه‌گیری خواص کاتالیزوری سل‌های تثبیت شده، کنترل فرایندهای زیستی، اندازه‌گیری آب در مواد غذایی و ….
2.حسگرهای جرمی
همانند اندازه‌گیری گرمای حاصل از یک واکنش، از اندازه‌گیری تغییر جرم نیز می‌توان به عنوان معیار مناسبی برای حسگرهای شیمیایی استفاده کرد. این حسگرها دارای دو ویژگی مهّم هستند؛
1- این که از آن‌ها می‌توان در فاز مایع استفاده کرد.
2- به دلیل کاربرد در فاز گازی و انتخابگری در این فاز، برای کاربردهای ایمنی‌سنجی استفاده می‌شوند.
3.حسگرهای الکتروشیمیایی
قدیمی‌ترین و بزرگ‌ترین گروه حسگرهای شیمیایی، حسگرهای الکتروشیمیایی هستند؛ پاسخ ایجاد شده در این حسگرها، از برهمکنش بین شیمی و الکتریسیته ناشی می‌شود. حسگرهای الکتروشیمیایی را به سه دسته تقسیم می‌کنند:
1.حسگرهای پتانسیومتری (اندازه‌گیری ولتاژ سل)، 2.حسگرهای آمپرومتری (اندازه‌گیری جریان سل)، 3.حسگرهای هدایت‌سنجی (اندازه گیری‌هدایت).
4.حسگرهای نوری شیمیایی
حسگرهای نوری شیمیایی از جمله جوان‌ترین حسگرهای شیمیایی هستند، به دلیل:
1.وسایل نوری لازم جهت استفاده در این حسگرها قبلاً توسعه یافته‌اند و به راحتی قابل استفاده در حسگرهای شیمیایی هستند.
2.کاربرد زیادی برای کنترل فرایندها از راه دور دارند که کاربرد آن‌ها را ایمن‌تر می‌کند.
3.می‌توان آن‌ها را در اندازه‌های کوچک ساخت و حتی در نوک یک فیبر نوری قرار داد.
حسگرهای نوری شیمیایی مانند حسگرهای الکتروشیمیایی از دانش وسیع طیف‌سنجی استفاده می‌کنند که به راحتی قابل تبدیل برای حسگرهای راه دور هستند. حسگرهای نوری شیمیایی بر اساس کاربرد، به دسته‌های متعددی تقسیم‌بندی می‌شوند، مانند: حسگرهای نوری ایمن شیمیایی ، حسگرهای pH، حسگرهای نوری گازی، حسگرهای رطوبتی، حسگرهای نوری یونی، حسگرهای مورد استفاده در شیمی نفت و …