Nadert een bron, dan komen de golffronten dichter op elkaar aan: de golflengte wordt korter en de frequentie hoger. Verwijdert de bron zich, dan wordt de toon lager. Voor geluid met een stilstaande waarnemer geldt fw = fb · v / (v ∓ vb), met v de geluidssnelheid (343 m/s in lucht van 20 °C), vb de snelheid van de bron, min bij naderen en plus bij verwijderen. Voor licht bij snelheden ver onder de lichtsnelheid geldt Δλ / λ ≈ vr / c, met vr de snelheid langs de kijklijn.
Christian Doppler voorspelde het effect in 1842. De Nederlander Christophorus Buys Ballot testte het in 1845 op de spoorlijn bij Utrecht: muzikanten op een rijdende trein bliezen een vaste toon, terwijl musici met een goed gehoor langs het spoor de toonhoogte beoordeelden. Het klopte.
Voorbeeld: een ambulance met een sirene van 700 Hz rijdt met 25 m/s (90 km/h). Naderend hoor je 700 × 343 / 318 ≈ 755 Hz, wegrijdend 700 × 343 / 368 ≈ 652 Hz. Toepassingen: flitspalen en weerradar, echodoppler van de bloedstroom en de radiële-snelheidsmethode voor exoplaneten. Een planeet als Jupiter laat de Zon met ongeveer 12,5 m/s heen en weer wiebelen, wat als een piepkleine periodieke verschuiving in het spectrum te meten is. Zo werd in 1995 51 Pegasi b ontdekt. Bij sterrenstelsels leidt de beweging tot roodverschuiving.
In welke discipline?
Natuurkunde (geluid, golven) en sterrenkunde (exoplaneten, sterrenstelsels, kosmologie).