Rispetto ad un osservatore fermo, la lungheza d'onda della luce emessa da una sorgente in movimento aumenta o diminuisce a seconda che la sorgente si allontani o si avvicini. Questo effetto è noto come effetto Doppler, dal nome del fisico austriaco Christian Johan Doppler che lo scoprì.

Si tratta di un fenomeno ben noto nella nostra vita quotidiana: basta ascoltare la differenza nel suono emesso dalla sirena di un'ambulanza quando si avvicina e quando si allontana, oppure quella nel fischio di un treno in avvicinamento prima e in allontanamento poi. L'effetto è tanto più evidente quanto più il mezzo è veloce.

L'effetto Doppler è un effetto fondamentale in astronomia. È stato grazie a tale effetto che si può misurare la velocità di stelle, galassie e in generale di corpi celesti in allontanamento o avvicinamento. Grazie allo studio dell'effetto Doppler, si è arrivati alle formulazioni delle teorie di espansione dell'Universo, e in particolare della formulazione della legge di Hubble sulla recessione delle galassie.

Lo spettro caratteristico di un oggetto cosmico presenta infatti delle righe a frequenze ben definite che, a causa del movimento si spostano rispetto ai valori che avrebbero se il corpo fosse fermo. La differenza in frequenza (o in lunghezza d'onda) può essere tradotta in termini di velocità.
Nell'ottico, questo fenomeno si traduce nel fatto che, se la sorgente si sta allontanando, le frequenze si spostano verso la parte rossa dello spettro (redshift o allontanamento verso il rosso), se la sorgente si avvicina le frequenze si spostano vero la parte blu (blueshift o spostamento verso il blu).

Per esempio, una delle righe spettrali più osservate è la riga emessa dal gas di idrogeno a 21 cm (1,4 MHz). Se osservata in galassie distanti, essa viene osservata a una lunghezza d'onda di 21,1 centimetri. Questo spostamento verso il rosso (lunghezze d'onda maggiori) di 0,1 centimetri indica che il gas si sta allontanando dalla Terra a più di 1400 chilometri al secondo.