L'effet Doppler s'applique également aux ondes lumineuses émises par un objet en mouvement. Si l'objet se rapproche de l'observateur, les raies de son spectre sont légèrement décalées vers le bleu (hautes fréquences du spectre de la lumière visible). S'il s'éloigne, les raies sont alors décalées vers le rouge (basses fréquences). C'est grâce à ce principe que l'on peut mesurer le mouvement relatif d'une étoile et même d'une galaxie par rapport à la Terre.