多普勒效應是奧地利物理學家克里斯琴·約翰·多普勒於1842年透過偶然觀察一列從他身旁駛過的蒸汽機車時，發現該火車離他越來越近時，汽笛聲變得越來越大、且尖銳刺耳，而它逐步遠離他後，汽笛聲越來越小，且柔和動聽。於是，就在當年，他就透過研究這類現象，總結出類似於“觀察者和波源發生相對運動時，使觀察者感到波的頻率有較明顯的變化的現象”的重要自然規律。
由於多普勒也是從聲音產生的這種現象開始研究的，且對於滿足光速不變原理的真空慣性系中的光波，當光源高速遠離觀察者時，觀察到的電磁波譜會朝紅光偏移，說明其頻率降低；當光源高速靠近觀察者時，觀察到的電磁波譜會朝紫光偏移，說明其頻率升高，這些現象也與多普勒效應相符。所以，我們不妨也以聲波作為分析物件。當然，其它型別的波(如引力波、其它電磁波、機械波)由於都有頻率和波長，也遵循該規律。
觀察者相對聲源靜止
如圖所示，當一束束聲波從發生振動的發聲體(聲源)發出後，時時刻刻都會向四面八方的空氣中傳播頻率相同的聲波，即:當聲源每秒鐘完成f個全振動時，就會發射出f個聲波，也即這些聲波的頻率與聲源的頻率是相同的。又由於在聲音傳播的相對狹小的區域裡，空氣近似均勻，所以，聲波的傳播速度保持不變，設其大小為v0，所以，任一聲波的波長λ=v0/f也不變。由此可知，該聲源每秒鐘朝著觀察者方向發射的f個聲波的波長也是相等的，且觀察者的耳內鼓膜每秒鐘吸收了f個聲波的能量，轉換成鼓膜的f次振動。
當觀察者以相對於聲源的速度v逐步靠近聲源時，如下圖所示，由於這時觀察者相對於其發出的聲波的速度大小為v0 +ⅴ，即:相對於朝他傳播的這束聲波而言，觀察者每秒鐘經過的距離為v0 +ⅴ，而這段距離對應的聲波波長個數為(v0 +ⅴ)/λ，也即:觀察者相對於該聲波的頻率f＇=(v0 +ⅴ)/λ>v0/λ=f，所以，當觀察者靠近聲源時，他聽到的聲音的頻率f＇比相對聲源靜止時的聲音訊率f高，且觀察者的移動速度v越大，頻率越高。
觀察者靠近聲源時的多普勒效應示意圖
同理，當觀察者以相對於聲源的速度v逐步遠離聲源時，由於這時觀察者相對於其發出的聲波的速度大小為v0 -ⅴ，即:相對於追趕他的這束聲波而言，觀察者鼓膜每秒鐘吸收聲波所經距離由相對聲源靜止時的v0變為v0 -ⅴ，而這段距離對應的聲波波長個數為(v0 -ⅴ)/λ，也即:觀察者相對於該聲波的頻率f＇=(v0 -ⅴ)/λ<v0/λ=f，所以，當觀察者遠離聲源時，他聽到的聲音的頻率f＇比相對聲源靜止時的聲音訊率f低，且觀察者的移動速度v越大，頻率越低。當然，當觀察者以聲速遠離聲源時，如果他是在聲波到達耳朵後再以聲速運動，開始時也能聽到聲音，不過隨著耳朵周圍那一小部分聲波傳進耳朵，形成聽覺後，就會消失；當超聲速遠離聲源時，由於聲源發出的聲波不能傳到耳內，所以聽不到聲音。而我們常見的聲爆現象是指當聲源的速度與聲速相差不大或相同時，產生的聲波無法遠離聲源，只好隨著後續聲波不斷地在聲源處或周圍積累，最終產生高能量的衝擊波造成巨大的爆炸聲，就像打雷一樣。
值得注意的是，聲波只在空氣中傳播時，由於空氣阻力的影響，即傳播聲波的空氣分子之間因相互摩擦，會產生熱損耗，使其機械能逐步減少，振幅就會逐步減小，直至聲音消失。
由此可知，各類波都能發生多普勒效應，其現象與上述的光波的多普勒頻移現象類似。
物理學家克里斯琴·約翰·多普勒
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多普勒效應是奧地利物理學家克里斯琴·約翰·多普勒於1842年透過偶然觀察一列從他身旁駛過的蒸汽機車時，發現該火車離他越來越近時，汽笛聲變得越來越大、且尖銳刺耳，而它逐步遠離他後，汽笛聲越來越小，且柔和動聽。於是，就在當年，他就透過研究這類現象，總結出類似於“觀察者和波源發生相對運動時，使觀察者感到波的頻率有較明顯的變化的現象”的重要自然規律。
由於多普勒也是從聲音產生的這種現象開始研究的，且對於滿足光速不變原理的真空慣性系中的光波，當光源高速遠離觀察者時，觀察到的電磁波譜會朝紅光偏移，說明其頻率降低；當光源高速靠近觀察者時，觀察到的電磁波譜會朝紫光偏移，說明其頻率升高，這些現象也與多普勒效應相符。所以，我們不妨也以聲波作為分析物件。當然，其它型別的波(如引力波、其它電磁波、機械波)由於都有頻率和波長，也遵循該規律。
觀察者相對聲源靜止
如圖所示，當一束束聲波從發生振動的發聲體(聲源)發出後，時時刻刻都會向四面八方的空氣中傳播頻率相同的聲波，即:當聲源每秒鐘完成f個全振動時，就會發射出f個聲波，也即這些聲波的頻率與聲源的頻率是相同的。又由於在聲音傳播的相對狹小的區域裡，空氣近似均勻，所以，聲波的傳播速度保持不變，設其大小為v0，所以，任一聲波的波長λ=v0/f也不變。由此可知，該聲源每秒鐘朝著觀察者方向發射的f個聲波的波長也是相等的，且觀察者的耳內鼓膜每秒鐘吸收了f個聲波的能量，轉換成鼓膜的f次振動。
當觀察者以相對於聲源的速度v逐步靠近聲源時，如下圖所示，由於這時觀察者相對於其發出的聲波的速度大小為v0 +ⅴ，即:相對於朝他傳播的這束聲波而言，觀察者每秒鐘經過的距離為v0 +ⅴ，而這段距離對應的聲波波長個數為(v0 +ⅴ)/λ，也即:觀察者相對於該聲波的頻率f＇=(v0 +ⅴ)/λ>v0/λ=f，所以，當觀察者靠近聲源時，他聽到的聲音的頻率f＇比相對聲源靜止時的聲音訊率f高，且觀察者的移動速度v越大，頻率越高。
觀察者靠近聲源時的多普勒效應示意圖
同理，當觀察者以相對於聲源的速度v逐步遠離聲源時，由於這時觀察者相對於其發出的聲波的速度大小為v0 -ⅴ，即:相對於追趕他的這束聲波而言，觀察者鼓膜每秒鐘吸收聲波所經距離由相對聲源靜止時的v0變為v0 -ⅴ，而這段距離對應的聲波波長個數為(v0 -ⅴ)/λ，也即:觀察者相對於該聲波的頻率f＇=(v0 -ⅴ)/λ<v0/λ=f，所以，當觀察者遠離聲源時，他聽到的聲音的頻率f＇比相對聲源靜止時的聲音訊率f低，且觀察者的移動速度v越大，頻率越低。當然，當觀察者以聲速遠離聲源時，如果他是在聲波到達耳朵後再以聲速運動，開始時也能聽到聲音，不過隨著耳朵周圍那一小部分聲波傳進耳朵，形成聽覺後，就會消失；當超聲速遠離聲源時，由於聲源發出的聲波不能傳到耳內，所以聽不到聲音。而我們常見的聲爆現象是指當聲源的速度與聲速相差不大或相同時，產生的聲波無法遠離聲源，只好隨著後續聲波不斷地在聲源處或周圍積累，最終產生高能量的衝擊波造成巨大的爆炸聲，就像打雷一樣。
值得注意的是，聲波只在空氣中傳播時，由於空氣阻力的影響，即傳播聲波的空氣分子之間因相互摩擦，會產生熱損耗，使其機械能逐步減少，振幅就會逐步減小，直至聲音消失。
由此可知，各類波都能發生多普勒效應，其現象與上述的光波的多普勒頻移現象類似。
物理學家克里斯琴·約翰·多普勒
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