Gwiazda z krążącą wokół niej planetą nie pozostaje w bezruchu. Planeta przyciąga gwiazdę, powodując jej lekkie kołysanie. To kołysanie zmienia ruch gwiazdy w kierunku Ziemi, co powoduje przesunięcie długości fal jej linii widmowych. Gdy gwiazda zbliża się do nas, jej światło przesuwa się ku niebieskiemu. Gdy się oddala, przesuwa się ku czerwieni. Pomiar tego przesunięcia ujawnia obecność planety.

To metoda prędkości radialnej, pierwsza technika pozwalająca na wykrycie egzoplanety krążącej wokół gwiazdy podobnej do Słońca. W 1995 roku Michel Mayor i Didier Queloz wykorzystali ją do odnalezienia 51 Pegasi b, gorącego jowisza okrążającego swoją gwiazdę w ciągu czterech dni. Odkrycie to zapoczątkowało naukę o egzoplanetach.

Metoda ta sprawdza się najlepiej w przypadku masywnych planet krążących blisko swoich gwiazd, ponieważ wywołują one największe wahania. Planeta o masie Jowisza może powodować ruch swojej gwiazdy z prędkością 12 metrów na sekundę. Ziemia powoduje ruch Słońca z prędkością zaledwie 9 centymetrów na sekundę. Wykrycie bliźniaka Ziemi wymaga instrumentów czułych na te niewielkie przesunięcia, dlatego metoda ta wciąż przekracza granice precyzji.

Prędkość radialna uzupełnia metodę tranzytu. Tranzyty określają rozmiar planety. Prędkość radialna określa jej masę. Razem określają gęstość, która wskazuje na skład chemiczny. To połączenie pozwala astronomom określić, czy planeta jest skalista, gazowa, czy pośrednia.