O stea cu o planetă în orbită nu stă nemișcată. Planeta trage steaua, făcând-o să se clatine ușor. Această clatinare schimbă mișcarea stelei spre și depărtare de Pământ, ceea ce schimbă lungimile de undă ale liniilor sale spectrale. Când steaua se mișcă spre noi, lumina sa se schimbă în albastru. Când se îndepărtează, se schimbă în roșu. Măsurarea acestei schimbări dezvăluie planeta.

Aceasta este metoda vitezei radiale și a fost prima tehnică de detectare a unei exoplanete în jurul unei stele asemănătoare Soarelui. În 1995, Michel Mayor și Didier Queloz au folosit-o pentru a găsi 51 Pegasi b, un Jupiter fierbinte care orbitează steaua sa în patru zile. Descoperirea a lansat domeniul științei exoplanetelor.

Metoda funcționează cel mai bine pentru planetele masive apropiate de stelele lor, deoarece acestea induc cele mai mari oscilații. O planetă cu masa lui Jupiter ar putea face ca steaua sa să se miște cu 12 metri pe secundă. Pământul face ca Soarele să se miște cu doar 9 centimetri pe secundă. Detectarea unui geamăn al Pământului necesită instrumente sensibile la această mică deplasare, motiv pentru care metoda încă împinge limitele preciziei.

Viteza radială completează metoda tranzitului. Tranzitele ne spun dimensiunea unei planete. Viteza radială ne spune masa sa. Împreună, ele dau densitatea, care sugerează compoziția. Această combinație este modul în care astronomii determină dacă o planetă este stâncoasă, gazoasă sau ceva între acestea.