Varje rörelse mot eller bort från en orörlig observatör kallas radiell hastighet, och rörelsen för ett objekt definieras av både hastighet och riktning. För att definiera objektets riktning måste observatörens referensram vara känd. I ett normalt, tredimensionellt rum har observatören en referensram som är fixerad, med valfritt antal objekt som rör sig mot eller bort från hans eller hennes plats.
Planeter i mestadels cirkulära banor har liten radiell hastighet i förhållande till sina solar, men för fasta observatörer, utanför solsystemet, ändrar en sådan planet sin rörelse mot och bort från dem under hela sin omloppsbana. Planeten ses ha två maximala radiella hastigheter: en positiv, när planeten rör sig bort från betraktaren till den bortre sidan av sin sol och en negativ, när planeten rör sig ut bakom sin sol mot betraktaren. När astronomer använder teleskop för att observera system av kretsande kroppar, upptäcks data som elektromagnetisk energi. Energivågorna som tas emot av teleskopen är olika, beroende på om det kretsande föremålet rör sig mot eller bort från kikaren.
Det faktum att energivågor från objekt som rör sig mot observatören komprimeras och tycks ha en högre frekvens än vågor från objekt som rör sig bort från observatören kallas Dopplerförskjutningen, föreslog av Christian Doppler 1842. Till exempel när planeter kretsar kring avlägsna stjärnor , drar de bort dem från sina tyngdpunkter, vilket får dem att röra sig mot eller bort från betraktaren. Stjärnans lätta rörelse mot eller bort gör att dess spektrum, regnbågens färger i ljuset, förskjuts mot det blå när den rör sig närmare och mot det röda när den rör sig längre bort. Genom att använda denna metod för radiell hastighet ger tidpunkten för skiftet från rött till blått och tillbaka igen, astronomer information om massan och omloppscykeln för planeter som kretsar kring avlägsna stjärnor.
Denna metod kan också användas inom astronomi för att mäta de konstanta hastigheterna hos stjärnor som kretsar kring avlägsna galaxer när de ses på kanten. Ljus eller radiovågor som tas emot från stjärnor som rör sig mot teleskopet skiftar till högre frekvenser, medan ljus eller radiovågor från stjärnor som rör sig bort från teleskopet skiftar mot lägre frekvensvåglängder. Mängden förskjutning indikerar både stjärnornas relativa hastighet i förhållande till observatören och vinkelhastigheten för stjärnorna i omloppsbana om galaxen.
Väderprognos har blivit mycket hjälpt av kartor över radiella hastigheter mätt med Doppler väderradar. Precis som den radiella hastigheten som registrerats för en roterande galax visar rotation genom röda och blå skiftningar av ljusvågor, indikerar förändringen i frekvensen av radiovågor rotationsrörelsen i stormar som cykloner, orkaner och tornados. Väderprognosmakare kan sända ut tornadovarningar tidigt när de ser dopplerskiftningen i system med svåra väderförhållanden.
Dopplerförskjutningen, eller metoden för radiell hastighet, kan användas på alla kroppar eller system av kroppar som är i omloppsbana eller vibrerar runt ett gemensamt centrum. Både himlaobjekt och vädermönster visar en röd förskjutning eller en blå förskjutning, beroende på om föremål närmar sig eller drar sig tillbaka från observatören i radiell riktning. Den övre gränsen för radiell hastighet beskrevs av Albert Einstein som ljusets hastighet i ett vakuum, och hans speciella relativitetsteori gäller för denna direkta siktlinje, radiella rörelse.