恆星輻射出的電磁波，會受到恆星表面物質的影響，形成許多譜線（圖1-27中的黑線）。我們可以在地球上的實驗室分析不同物質所產生的譜線波長，每一種不同物質都會各自造成一組特定波長的譜線。因此，我們可以分析遙遠天體所發射出電磁波中的譜線，比對我們在實驗室中不同物質所產生的譜線，藉以判斷天體表面或天體與地球之間的物質種類。
但是，天文學家發現很多距離遙遠的天體所發射出電磁波中的譜線波長，大部分都比實驗室中的量測結果更長，像是整組譜線都往可見光波段中的紅色光方向移動，稱為紅移現象。若是譜線波長較短，則稱為藍移現象。（資料來源：passexams.co.ul）
這樣的現象，有點類似都普勒效應中的聲波波長變化（圖1-28）。當發出聲音的音源和我們同時都靜止的時候，我們所聽見的聲波波長與發出聲音的音源波長是相同的。如果音源遠離我們而去，我們聽見的波長就會較長；當音源靠近我們，我們聽見的聲音波長就會較短。雖然都普勒效應過去只針對聲波進行過實驗的驗證，但紅移與藍移這種光（電磁波）所產生的現象，或許同樣也是都普勒效應所造成。
為了驗證這樣的假設，最簡單的方法當然是以電磁波進行都普勒效應的實驗，或是直接測量遙遠星系的移動速度，觀察移動速度與紅移現象之間的關係。但由於當時實驗室能夠模擬的速度遠比電磁波的速度慢，導致波長的變化太小而無法量測。同時遙遠星系的距離太遠，我們也無法直接測得它們移動的速度。這使得科學家們必須另外想方法來設計實驗，才能夠驗證這樣的假設。
天文學家採用的方法之一，是觀察鄰近恆星所發射電磁波中的譜線波長，發現譜線波長會隨著地球繞日公轉的位置變化，規律性改變（圖1-29）。顯示地球因為繞日公轉的運動，造成地球與鄰近恆星之間相對運動速度的變化。當兩者之間互相遠離時，恆星譜線就呈現紅移現象，互相靠近時就呈現藍移，而且紅移和藍移的大小符合地球與鄰近恆星之間的相對運動速度變化。證明紅移現象同樣受到都普勒效應的影響，而遙遠星系大多正在遠離地球之中。
