Un giorno del 1842, durante il passaggio a un passaggio a livello, l'austriaco Doppler notò un fenomeno interessante: nonostante la frequenza del fischio del treno fosse costante, quando il treno si avvicinava, il fischio risultava più acuto, mentre quando si allontanava, diventava più grave. Questo fenomeno, in cui l'osservatore percepisce una frequenza diversa da quella emessa dalla sorgente sonora a causa del movimento relativo tra la sorgente e l'osservatore, è noto come effetto Doppler o spostamento di frequenza.
L'effetto Doppler è facile da capire. Quando il treno è fermo, non c'è movimento relativo tra il treno e i passeggeri sulla piattaforma e questi sentono il fischio alla sua frequenza originale. Quando il treno si avvicina, le onde sonore anteriori vengono compresse e la lunghezza d'onda si riduce, aumentando la frequenza e rendendo il fischio più acuto; quando il treno si allontana, le onde sonore posteriori hanno più spazio per muoversi e la lunghezza d'onda si allunga, diminuendo la frequenza e rendendo il fischio più grave. Quanto più veloce è il movimento della sorgente rispetto all'osservatore, tanto più significativo è il cambiamento di tono. Il numero di Mach, che rappresenta il rapporto tra la velocità dell'oggetto in movimento e quella del suono, è un parametro importante per determinare l'intensità dell'effetto Doppler. Quanto più alto è il numero di Mach, tanto più evidente è l'effetto Doppler. Quando l'oggetto si muove alla velocità del suono, l'osservatore non riesce più a sentire il suono emesso dall'oggetto prima che questo raggiunga l'osservatore. Anche gli ultrasuoni e la luce (onde elettromagnetiche) sono soggetti all'effetto Doppler.
L'effetto Doppler trova molte applicazioni in diversi contesti, tra cui i radar di velocità. Le autostrade sono dotate di monitor con radar di velocità che emettono ultrasuoni a frequenza nota e misurano la frequenza delle onde riflesse. In base alla variazione della frequenza delle onde riflesse, è possibile determinare con precisione la velocità del veicolo. Se un conducente riceve una multa per eccesso di velocità in autostrada, significa che è stato sottoposto a una misurazione accurata della velocità basata sull'effetto Doppler.
I medici possono anche utilizzare l'effetto Doppler tra la sorgente ultrasonica e il sangue in movimento per controllare la velocità del flusso sanguigno. Quando il sangue si muove verso la sorgente ultrasonica, la lunghezza d'onda delle onde riflesse viene compressa, aumentando la frequenza; quando il sangue si allontana dalla sorgente ultrasonica, la lunghezza d'onda delle onde riflesse si allunga, diminuendo la frequenza. In base allo spostamento di frequenza delle onde ultrasoniche ricevute, è possibile determinare la velocità del flusso sanguigno.