تم تطوير أول مقياس تأكسج نبضي بواسطة ميليكان في الأربعينيات. فهو يراقب نسبة الأكسجين-الذي يحمل الهيموجلوبين إلى الأكسجين-الذي يستنزف الهيموجلوبين في الشرايين. يحتوي مقياس التأكسج النبضي النموذجي على اثنين من الثنائيات الباعثة للضوء (LEDs). يتم توجيه مصابيح LED هذه نحو منطقة المريض الذي يتم اختباره-عادةً طرف الإصبع أو شحمة الأذن. يصدر أحد الصمامين شعاعًا من الضوء بطول موجة يبلغ 660 نانومترًا، ويصدر الآخر شعاعًا بطول موجة 905 أو 910 أو 940 نانومتر. يمتص الأكسجين-الهيموجلوبين الذي يحمل هذين الطولين الموجيين بشكل مختلف تمامًا عن الأكسجين المستنزف للهيموجلوبين-. وباستخدام هذه الخاصية يمكن حساب نسبة نوعي الهيموجلوبين. ولا يتطلب الاختبار عادة سحب الدم من المريض.
يمكن لمقياس التأكسج النبضي النموذجي أيضًا عرض نبض المريض. وفقًا لقانون بير- لامبرت، يجب أن يكون لنسبة R/IR علاقة خطية مع تشبع الأكسجين الشرياني (SaO2). ومع ذلك، نظرًا لأن الأنسجة البيولوجية عبارة عن أنظمة بصرية معقدة ذات تشتت قوي، وامتصاص ضعيف، وتباين الخواص، فإنها لا تتوافق تمامًا مع قانون بير - لامبرت الكلاسيكي. وهذا يجعل من الصعب إنشاء نموذج رياضي يعبر عن العلاقة بين التغير النسبي في امتصاص الضوء الأحمر والأشعة تحت الحمراء (قيمة R/IR) وتشبع الأكسجين الشرياني (SaO2). لا يمكن تحديد المراسلات بين R/IR وSaO2 إلا بشكل تجريبي، أي من خلال منحنيات المعايرة. تحصل معظم الشركات المصنعة لأجهزة قياس التأكسج النبضي على منحنيات معايرة تجريبية من خلال طرق تجريبية لإكمال المعايرة المسبقة-قبل شحن المنتج.
