多普勒效应是奥地利物理学家Doppler于1842年所研究和描述的一种物理现象。波源和接收器在介质中作相对运动时，仪器所接收到的频率不同于波源所辐射的频率，其差别与相对运动的速度有关，这种现象被命名为多普勒效应。

在日常生活中，我们可以感觉到高速行驶的火车鸣笛而来时，汽笛不仅响度变强，音调变尖（频率增加）。反之，火车远离时，音调变粗（频率降低）。这种由于波源和接收器之间相对运动而引起的接收频率与发射频率之间的差值称为多普勒频移。下面分四种情况讨论。

假设波源和接收器在同一条直线向上运动，波源发射的频率为f₀，波长为λ₀，波在介质中传播的速度为c，波的周期为T，接收器的运动速度为ν，波源的运动速度为μ。

一、波源和接收器相对介质静止不动

即ν=0，μ=0。当波传播到接收器时，在单位时间里通过接收器的波数就是接收器所接收到的频率f₁为：

 

由上式可知，当波源和接收器相对静止时，接收的频率等于发射的频率，多普勒频移值为零，不产生多普勒效应。

一、波源不动，接收器以速度ν相对介质运动

1.接收器向着静止的波源运动：波在单位时间内向前传播的距离为c，同时在这一单位时间内接收器又向波源移动了一段距离ν。对接收器而言，波移动的距离为c+ν。这样，在单位时间内接收器接收到的频率不再是f₀而是即

       

由于v/c＞0，所以f₁＞f₀，这说明当接收器向着波源运动时，接收频率大与发射频率，产生多普勒效应。

2.接收器背离静止的波源运动：波在单位时间内向前传播的距离为c，而在这一单位时间内接收器背离波源移动了一段距离v，对介质而言，波移动的距离为c；而对接收器而言，波移动的距离为c-ν，这样，在单位时间内接收器接收到的频率为即

由于v/c＞0，所以f₁＞f₀。这就是说当接收器背离波源运动时接收到的频率小于发射的频率。

综合上述两种情况：

当接收器向着波源运动时，上式中取正号；当接收器背离波源时，上式中取负号。

三、接收器相对介质静止，而波源以速度μ相对介质运动

1.波源以速度μ向着接收器运动：在单位时间内波向前传播的距离为c，同时波源s跟在波后面作同向运动，在单位时间内前进的距离为μ。经过单位时间后波源和波的位置如图所示。这样，本来分布在距离c上的波现在分布于（c-μ）的距离内，相当于把波长压缩了。当波传到接收器时，波长不再是λ₀，而是λ=（c-μ）/f₀，因此，接收器所接受的频率为：

由于c-μ＜c，所以f₀＞f₁。这说明波源想着接收器运动时，接收的频率大于发射频率。

2.波源以速度μ背离接收器运动：当波源发出波以后，波在单位时间内向前传播距离为c，同时波源做反向运动，移动距离为μ。经过单位时间后波源和波的位置如图所示。这样，本来分布在距离c的波，现在分布在c+μ的距离内，相当于把波长拉长了，其波长为（c+μ）/f₀。因此，接收器所接收到的频率为：

由于（c+μ）＞c，所以f₀＜f₁，这说明波源背离接收器运动时，接收的频率小于发射频率。

综合上述两种情况：

当波源向着接收器运动时，上式中取负号，当波源背离接收器运动时，上式中取正号。

四、接收器和波源同时相对介质运动

1.接收器与波源相向运动时，接收器所接收到的频率为：

从上式可见，接收器接收到的频率由ν和μ而定，但不论ν≥μ或ν≤μ，f₁都比f₀大，即接收的频率增高。

2.接收器与波源背向运动时，接收器所接收到的频率为：

接收器与波源背向运动，即接收器离开波源运动，与波传播方向相同，而波源运动与波传播方向相反，因此，f₁比f₀小，即接收到的频率比发射频率低。