1842 年的一天，奥地利物理學家多普勒在過馬路時，听到一列火車鸣笛從他身邊呼啸而過。他注意到一個有趣的現象：儘管火車發出声音的頻率是固定的，但當火車開來時，他听到的声音更尖锐，而火車離去時听到的声音又變得低沉。這種因声源和观察者之間存在相对运动而导致观察者听到的声音频率不同于声源频率的現象，被称为多普勒效應或频移現象。
多普勒效應很容易理解。当火車停下來時，它和月台上的乘客之間沒有相對運動，乘客听到的汽笛声就是汽笛本身發出的音調。当火車開來時，前方的声波被压缩，波長變短，导致频率变高，乘客听到的汽笛声會變得尖锐；火車開走時，后方的声波运行空間增大，波長變長，导致频率降低，乘客听到的汽笛声的音調會變得低沉。声源相對观察者的運動速度越快，音調的變化就越明顯。通常將物體運動速度與声速之比稱為馬赫數，它是決定多普勒效應強弱的一個重要參數。馬赫數越大，多普勒效應越明顯。当物體運動速度等于声速時，在運動物體到达观察者之前，观察者已經無法听到物體發出的声音了。超音波和光（電磁波）也會有多普勒效應。
多普勒效應在不同場合有許多應用，多普勒測速仪就是其中之一。在高速公路上，装有带多普勒測速仪的監控器，測速儀在向行驶中的車輛發射已知频率的超声波的同時，測量反射波的頻率，根据反射波頻率的變化值，就能準確得知車輛的行駛速度。如果司机在高速公路上超速行駛而收到罚单，就說明他經歷了基於多普勒效應的精確測速。
医生為了检查心臟和血管內血液的流動速度，也會利用超声波声源和運動血液之間產生的多普勒效應。当血管向着超声源運動時，反射波的波長被压缩，导致频率增加；當血管離開超声源運動時，反射波的波長變長，导致频率降低，根据所接收到超声波的频移量，就可以測定血液的流速。