An einem Tag im Jahr 1842 beobachtete der österreichische Physiker Doppler, als er einen Bahnübergang passierte, dass eine vorbeifahrende Zugflöte einen schrillen Ton erzeugte, während die Zugflöte, als sie sich näherte, einen tieferen Ton erzeugte, als sie sich entfernte. Dieses Phänomen, bei dem die vom Beobachter gehörte Frequenz der Flöte von der Frequenz der Flöte selbst abweicht, aufgrund der relativen Bewegung zwischen der Quelle und dem Beobachter, wird als Doppler-Effekt oder Frequenzverschiebung bezeichnet.
Der Doppler-Effekt ist leicht zu verstehen. Wenn der Zug stillsteht, gibt es keine relative Bewegung zwischen dem Zug und den Passagieren auf dem Bahnsteig, und die Passagiere hören die Flöte in ihrer natürlichen Tonhöhe. Wenn der Zug näherkommt, werden die vorne befindlichen Schallwellen komprimiert, die Wellenlänge wird kürzer, was zu einer höheren Frequenz führt, und die Passagiere hören die Flöte schriller. Wenn der Zug wegfährt, werden die hinten befindlichen Schallwellen mehr Platz haben, die Wellenlänge wird länger, was zu einer niedrigeren Frequenz führt, und die Passagiere hören die Flöte tiefer. Je schneller sich die Quelle relativ zum Beobachter bewegt, desto größer ist die Änderung der Tonhöhe. Die Geschwindigkeit, mit der sich ein Objekt relativ zur Schallgeschwindigkeit bewegt, wird als Machzahl bezeichnet, ein wichtiger Parameter für die Stärke des Doppler-Effekts. Je höher die Machzahl, desto stärker ist der Doppler-Effekt. Wenn sich das Objekt mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Schall bewegt, kann der Beobachter den Klang des Objekts nicht mehr hören, bevor es ihn erreicht. Ultraschall und Licht (Elektromagnetische Wellen) unterliegen ebenfalls dem Doppler-Effekt.
Der Doppler-Effekt findet in vielen Situationen Anwendung, und ein Doppler-Radar ist eine davon. Auf Autobahnen sind Überwachungskameras mit Doppler-Radaren installiert, die Ultraschallwellen mit bekannter Frequenz an vorbeifahrende Fahrzeuge senden und gleichzeitig die Frequenz der reflektierten Wellen messen. Anhand der Änderung der Frequenz der reflektierten Wellen kann die Geschwindigkeit des Fahrzeugs genau bestimmt werden. Wenn ein Fahrer auf der Autobahn einen Strafzettel erhält, bedeutet dies, dass er einen präzisen Geschwindigkeitstest auf der Grundlage des Doppler-Effekts durchlaufen hat.
Ärzte können auch den Blutfluss im Herzen und in den Blutgefäßen mithilfe des Doppler-Effekts zwischen der Ultraschallquelle und dem bewegten Blut messen. Wenn sich das Blutgefäß in Richtung der Ultraschallquelle bewegt, wird die Wellenlänge der reflektierten Wellen komprimiert, was zu einer höheren Frequenz führt; wenn sich das Blutgefäß vom Ultraschall entfernt, wird die Wellenlänge der reflektierten Wellen länger, was zu einer niedrigeren Frequenz führt. Anhand der Frequenzverschiebung der empfangenen Ultraschallwellen kann die Geschwindigkeit des Blutflusses bestimmt werden.