通过将激光光束压缩到数微米到数十微米空间，对微米尺度空间内的微小物体运动速度或振动做测量。激光多普勒显微镜可以对人体毛细血管中红细胞的速度做高分辨测量，用于脑血流评估、人体微循环、内皮功能障碍、胃肠血流、烧伤评估及某些皮肤疾病（如黑色素瘤）的诊断。激光多普勒显微镜也可以用于振动测量，通过显微成像系统实时观测微小物体的振动状态，如测量微机电系统元器件的振动和形貌，对微机电系统（MEMS）微结构的振动做可视化的测量和分析。激光多普勒显微镜也可以用于其他微观运动的过程，如布朗运动、热扩散过程、植物生长过程等。