Cuando la fuente de una onda y el observador están en movimiento relativo con respecto al medio en el que se propaga la onda, la frecuencia de las ondas observadas es diferente de la frecuencia de la fuente. Este fenómeno se conoce como efecto Doppler en honor a Christian J. Doppler (1803-1853), que fue el primero en observarlo en las ondas sonoras.

Supongamos que tenemos una fuente de ondas, como puede ser un cuerpo vibrando, que se mueve hacia la derecha en un medio tranquilo. Cuando la fuente se mueve, ocupando las posiciones 1, 2, 3, 4, …, notamos que después de cierto tiempo, a partir del momento en que la fuente estaba en la posición 1, las ondas emitidas en las posiciones sucesivas ocupan las esferas 1, 2, 3, 4, …, que no son concéntricas. Las ondas están menos espaciadas en el lado hacia el cual se mueve la fuente y más separadas en el lado opuesto. Para un observador en reposo en cualquiera de los dos lados, esto corresponde a una longitud de onda efectiva más corta y más larga, o a una frecuencia efectiva más grande y más pequeña, respectivamente. Pero si el observador está en movimiento las ondas lo alcanzarán con una rapidez diferente. Por ejemplo, si el observador se acerca a la fuente desde la derecha observará una longitud de onda todavía más corta (o una frecuencia más grande) pues se mueve hacia las ondas. Sucede lo contrario si el observador se aleja de la fuente, y por tanto, de las ondas.

Designemos con v_S y v_O a las velocidades de la fuente y del observador con respecto al medio por el cual se propagan las ondas con velocidad de fase v. Entonces la relación entre la frecuencia ν de la fuente y la frecuencia ν’ registrada por el observador cuando ambos se mueven en la dirección de propagación está dada por la expresión:

En esta expresión v_O y v_S se consideran positivas si tienen la misma dirección que el vector SO que va de la fuente al observador y negativas si tienen la dirección opuesta.