Звезда с вращающейся вокруг неё планетой не стоит на месте. Планета притягивает звезду, заставляя её слегка колебаться. Это колебание изменяет движение звезды по отношению к Земле и от неё, что приводит к смещению длин волн её спектральных линий. Когда звезда движется к нам, её свет смещается в синюю сторону. Когда она движется от нас, он смещается в красную сторону. Измерение этого смещения позволяет обнаружить планету.

Это метод радиальной скорости, и он стал первым методом обнаружения экзопланеты вокруг звезды, подобной Солнцу. В 1995 году Мишель Майор и Дидье Келоз использовали его для обнаружения 51 Pegasi b, горячего Юпитера, вращающегося вокруг своей звезды за четыре дня. Это открытие положило начало области изучения экзопланет.

Этот метод лучше всего работает для массивных планет, расположенных близко к своим звездам, поскольку они вызывают самые большие колебания. Планета массой с Юпитер может заставить свою звезду двигаться со скоростью 12 метров в секунду. Земля заставляет Солнце двигаться всего со скоростью 9 сантиметров в секунду. Для обнаружения двойника Земли требуются приборы, чувствительные к этому крошечному смещению, поэтому этот метод все еще находится на пределе своих возможностей по точности.

Метод измерения радиальной скорости дополняет метод транзита. Транзиты позволяют определить размер планеты, а радиальная скорость — её массу. Вместе они дают плотность, которая, в свою очередь, указывает на состав. Именно эта комбинация позволяет астрономам определить, является ли планета каменистой, газообразной или чем-то средним.