Svako gibanje prema ili od promatrača koji se ne kreće naziva se radijalna brzina, a gibanje bilo kojeg objekta definirano je i brzinom i smjerom. Za definiranje smjera objekta, međutim, mora biti poznat referentni okvir promatrača. U normalnom, trodimenzionalnom prostoru, promatrač ima referentni okvir koji je fiksiran, s bilo kojim brojem objekata koji se kreću prema njegovoj ili njezinoj lokaciji.
Planeti u uglavnom kružnim orbitama posjeduju malu radijalnu brzinu u odnosu na svoja sunca, ali za fiksirane promatrače, izvan Sunčevog sustava, takav planet mijenja svoje kretanje prema njima i od njih kroz svoju orbitu. Vidi se da planet posjeduje dvije maksimalne radijalne brzine: jednu pozitivnu, kada se planet udaljava od promatrača na drugu stranu svog sunca i jednu negativnu, kada se planet pomiče iza svog sunca prema promatraču. Kada astronomi koriste teleskope za promatranje sustava tijela u orbiti, podaci se detektiraju kao elektromagnetska energija. Energetski valovi koje primaju teleskopi različiti su, ovisno o tome kreće li se objekt u orbiti prema opsegu ili od njega.
Činjenica da su energetski valovi od objekata koji se kreću prema promatraču komprimirani i izgleda da posjeduju višu frekvenciju od valova objekata koji se udaljavaju od promatrača naziva se Dopplerov pomak, koji je predložio Christian Doppler 1842. Na primjer, kako planeti kruže oko udaljenih zvijezda , odvlače ih od svojih težišta, uzrokujući da se pomaknu prema ili od promatrača. Lagano pomicanje zvijezde prema ili dalje uzrokuje pomicanje njezinog spektra, duginih boja njezine svjetlosti prema plavoj dok se približava i prema crvenoj kada se udaljava. Koristeći ovu metodu radijalne brzine, vrijeme pomaka iz crvene u plavo i natrag, daje astronomima informacije o masi i orbitalnom ciklusu planeta koji kruže oko udaljenih zvijezda.
Ova metoda se također može koristiti u astronomiji za mjerenje konstantnih brzina zvijezda koje kruže oko udaljenih galaksija kada se gledaju s ruba. Svjetlosni ili radio valovi primljeni od zvijezda koje se kreću prema teleskopu pomiču se na više frekvencije, dok se svjetlosni ili radio valovi od zvijezda koje se udaljavaju od teleskopa pomiču prema nižim frekvencijskim valnim duljinama. Količina pomaka ukazuje i na relativnu brzinu zvijezda u odnosu na promatrača i na kutnu brzinu zvijezda u orbiti oko galaksije.
U prognozi vremena uvelike su pomogle karte radijalne brzine mjerene Dopplerovim meteorološkim radarom. Baš kao što radijalna brzina zabilježena za rotirajuću galaksiju pokazuje rotaciju crvenim i plavim pomicanjem svjetlosnih valova, promjena frekvencije radio valova ukazuje na rotacijsko kretanje u olujama poput ciklona, uragana i tornada. Prognostičari mogu rano objaviti upozorenja o tornadu kada vide Dopplerov pomak u teškim vremenskim sustavima.
Dopplerov pomak, ili metoda radijalne brzine, može se koristiti na bilo kojem tijelu ili sustavima tijela koji su u orbiti ili vibriraju oko zajedničkog središta. I nebeski objekti i vremenski obrasci prikazuju crveni ili plavi pomak, ovisno o tome da li se objekti približavaju ili udaljavaju od promatrača u radijalnom smjeru. Gornju granicu radijalne brzine Albert Einstein je opisao kao brzinu svjetlosti u vakuumu, a njegova posebna teorija relativnosti primjenjuje se na ovo radijalno gibanje u izravnom vidnom polju.