Egy bolygó körül keringő csillag nem ül nyugton. A bolygó vonzza a csillagot, ami miatt az kissé imbolyog. Ez a imbolygás megváltoztatja a csillag Föld felé és attól távolodó mozgását, ami eltolja a spektrumvonalainak hullámhosszát. Amikor a csillag felénk mozog, a fénye kékre vált. Amikor távolodik, pirosra vált. Ennek az eltolódásnak a mérése feltárja a bolygót.

Ez a radiális sebesség módszer, és ez volt az első technika, amely egy Naphoz hasonló csillag körül keringő exobolygót észlelt. 1995-ben Michel Mayor és Didier Queloz ezt a módszert alkalmazták az 51 Pegasi b megtalálására, egy forró Jupiterre, amely négy nap alatt kerülte meg csillagát. A felfedezés elindította az exobolygó-tudomány területét.

A módszer a csillagukhoz közeli hatalmas bolygók esetében működik a legjobban, mivel ezek okozzák a legnagyobb imbolygást. Egy Jupiter tömegű bolygó akár 12 méter/másodperc sebességgel is elmozdíthatja csillagát. A Föld viszont a Napot mindössze 9 centiméter/másodperc sebességgel mozgatja. Egy Föld ikertestvérének detektálásához olyan műszerekre van szükség, amelyek érzékenyek erre az apró eltolódásra, ezért a módszer még mindig a pontosság határait feszegeti.

A radiális sebesség kiegészíti a tranzit módszert. A tranzitok megmutatják egy bolygó méretét. A radiális sebesség megmutatja a tömegét. Együttesen adják meg a sűrűséget, ami az összetételre utal. A kombináció alapján határozzák meg a csillagászok, hogy egy bolygó sziklás, gáznemű vagy valami a kettő között van.