Gli ossimetri ottici si basano sui diversi spettri di assorbimento dell'Hb (emoglobina non legata) e dell'HbO2 (emoglobina legata all'ossigeno o ossiemoglobina), differenza che è la ragione del diverso colore del sangue arterioso e venoso. Si utilizzano almeno due lunghezze d'onda: la prima nel rosso attorno a 660 nm e la seconda nell'infrarosso tra 805 e 1000 nm. Il punto isosbestico dell'Hb e dell'HbO2 è uguale a 805 nm, per cui questa lunghezza d'onda (detta “isosbestica”) è utilizzata come riferimento.