惑星が周回する恒星は静止しているわけではありません。惑星が恒星を引っ張ることで、恒星はわずかに揺れ動きます。この揺れによって恒星は地球に向かって近づいたり遠ざかったりする動きをし、その結果、恒星のスペクトル線の波長が変化します。恒星が地球に近づくと、光は青みがかってきます。遠ざかると、光は赤みがかってきます。この波長の変化を測定することで、惑星の存在が明らかになるのです。

これは視線速度法と呼ばれる方法で、太陽に似た恒星の周りを公転する系外惑星を検出した最初の技術でした。1995年、ミシェル・マイヨールとディディエ・ケロズはこの方法を用いて、4日で恒星を公転するホットジュピターである51ペガシbを発見しました。この発見は系外惑星科学という分野の幕開けとなりました。

この方法は、恒星に近い巨大惑星に最も効果的です。なぜなら、巨大惑星は恒星の揺れを最も大きく引き起こすからです。木星質量の惑星は、恒星を毎秒12メートルも動かす可能性があります。一方、地球は太陽を毎秒わずか9センチメートルしか動かしません。地球の双子惑星を検出するには、このわずかなずれにも感度の高い観測機器が必要となるため、この方法は依然として精度の限界に挑戦し続けているのです。

視線速度法は、トランジット法を補完する手法です。トランジット法は惑星の大きさを、視線速度法は質量を示します。これらを組み合わせることで密度が分かり、惑星の組成を推測することができます。天文学者は、この組み合わせによって、惑星が岩石質か、ガス質か、あるいはその中間かを判断します。