基于光学多普勒效应和光束干涉原理，当激光照射在待测运动物体的表面，反射的激光因多普勒效应会产生与运动物体速度成正比的频移，使频移的反射光与激光器本征光发生干涉，干涉频率的变化反映了运动速度的变化，通过得到干涉频率随时间变化的数据从而可以非接触地、连续测量运动物体表面的速度、位移和加速度的变化过程。

当鸣笛的火车进站时，站在火车站台上的人会感到笛声变得尖锐，即笛声频率变高；相反，当火车鸣笛离开站台，人会感到笛声变得低沉，即笛声频率变低。这种因波源与观察者相对于传播介质的发生运动而使观察者接收到的波源频率发生变化的现象称为多普勒效应。具有波动性的光也存在多普勒效应，与声波不同，光波频率的变化带给人的感觉是颜色发生了变化。当恒星远离观察者运动时，则光的谱线频率减小，波长向红光方向移动，称为红移；当恒星朝向观察者运动，光的谱线频率升高，波长向紫光方向移动，称为蓝移。激光多普勒测速仪就是根据这种多普勒效应实现对速度的测量。

激光多普勒测速应用广泛，可用于燃烧混合物、火焰、旋转机械、窄通道、化学反应流动、风洞或循环水洞中流动速度等多领域的测量。激光多普勒测速属于非接触测量，激光作为测量探头不干扰流场，具有很多优点：不需要流动校正；不取决于温度、密度和流体成分，仅对速度敏感；取出量与速度成线性关系；动态响应快等等。激光多普勒测速局限性在于需要示踪粒子，示踪粒子需要与流体一起运动，介质和实验通道需要满足光学要求等。