Un día de 1842, el físico austriaco Doppler pasaba por un cruce de ferrocarril cuando un tren que pasaba a su lado hizo sonar la bocina. Observó un fenómeno interesante: aunque la frecuencia del sonido de la bocina era constante, cuando el tren se acercaba, el sonido de la bocina era más agudo, y cuando se alejaba, el sonido se volvía más grave. Este fenómeno, en el que la frecuencia del sonido que escuchan los observadores difiere de la frecuencia de la fuente de sonido debido al movimiento relativo entre la fuente de sonido y los observadores, se conoce como el efecto Doppler o fenómeno de desplazamiento de frecuencia.
El efecto Doppler es fácil de entender. Cuando el tren está estacionario, no hay movimiento relativo entre el tren y los pasajeros en la plataforma, y los pasajeros escuchan el sonido de la bocina en su tono original. Cuando el tren se acerca, las ondas de sonido frontales se comprimen y la longitud de onda se acorta, lo que provoca un aumento de la frecuencia y hace que el sonido de la bocina sea más agudo para los pasajeros; cuando el tren se aleja, las ondas de sonido traseras tienen más espacio para viajar y la longitud de onda se alarga, lo que reduce la frecuencia y hace que el sonido de la bocina sea más grave para los pasajeros. Cuanto más rápido se mueva la fuente de sonido en relación con los observadores, más notable será el cambio de tono. Por lo general, la relación entre la velocidad de movimiento del objeto y la velocidad del sonido se conoce como número de Mach, un parámetro importante para determinar la intensidad del efecto Doppler. Cuando la velocidad del objeto en movimiento es igual a la velocidad del sonido, los observadores ya no pueden escuchar el sonido del objeto antes de que llegue a ellos. El ultrasonido y la luz (ondas electromagnéticas) también tienen el efecto Doppler.
El efecto Doppler tiene muchas aplicaciones en diferentes ámbitos, y el radar de velocidad Doppler es una de ellas. Las autopistas están equipadas con monitores con radares de velocidad Doppler que, al mismo tiempo que emiten ondas ultrasónicas de frecuencia conocida hacia los vehículos en movimiento, miden la frecuencia de las ondas reflejadas. Según el valor de cambio de la frecuencia de las ondas reflejadas, se puede determinar con precisión la velocidad a la que viaja el vehículo. Si un conductor recibe una multa por exceso de velocidad en la autopista, significa que ha experimentado una medición de velocidad precisa basada en el efecto Doppler.
Los médicos también pueden utilizar el efecto Doppler producido por la fuente de ultrasonido y la sangre en movimiento para comprobar la velocidad del flujo sanguíneo en el corazón y los vasos sanguíneos. Cuando los vasos sanguíneos se mueven hacia la fuente de ultrasonido, la longitud de onda de las ondas reflejadas se comprime, lo que provoca un aumento de la frecuencia; cuando los vasos sanguíneos se alejan de la fuente de ultrasonido, la longitud de onda de las ondas reflejadas se alarga, lo que provoca una disminución de la frecuencia. Según la cantidad de desplazamiento de frecuencia de las ondas ultrasónicas recibidas, se puede determinar la velocidad del flujo sanguíneo.