Les capteurs constitués de matériaux semi-conducteurs ont connu un remarquable gain de popularité à la fin des années 80 et sont apparus dans le même temps comme une solution potentielle de détecteur de gaz universel à bas prix. À l’instar des capteurs catalytiques, ils fonctionnent par absorption de gaz en surface d’un oxyde chauffé. Il s’agit en fait d’un léger film d’oxyde métallique (généralement des oxydes de métaux de transition ou de métaux lourds, comme l’étain) déposé sur une plaque de silicium selon un procédé semblable à celui employé dans la fabrication des puces électroniques. L’absorption du prélèvement de gaz sur la surface d’oxyde, suivie de l’oxydation catalytique, entraîne un changement de la résistance électrique du matériau d’oxyde et peut être associée à la concentration de gaz prélevée. La surface du capteur est chauffée à une température constante d’environ 200 à 250 °C afin d’accélérer la réaction et de réduire les effets des variations de température ambiante.
Les capteurs à semi-conducteurs sont simples, plutôt robustes et peuvent être extrêmement sensibles. Utiles en détection de sulfure d’hydrogène gazeux, ils sont couramment employés pour la fabrication de détecteurs de gaz domestiques à bas prix. Cependant, ils se sont révélés relativement peu fiables dans les applications industrielles, en raison de leur trop grande diversification en termes de gaz détectés et de leur sensibilité aux changements de température atmosphérique et aux variations hygrométriques. Ils doivent également être vérifiés plus fréquemment que les autres types de capteurs. En effet, à moins d’être régulièrement contrôlés à l’aide d’un mélange gazeux, ils perdent progressivement en sensibilité (« s’endorment ») et leur réponse, ainsi que leur récupération, sont ralenties dès qu’un excès de gaz survient.