Một ngôi sao có hành tinh quay quanh không đứng yên. Hành tinh này hút ngôi sao, khiến nó hơi chao đảo. Sự chao đảo đó làm thay đổi chuyển động của ngôi sao hướng về phía Trái Đất và ra xa Trái Đất, điều này làm thay đổi bước sóng của các vạch quang phổ của nó. Khi ngôi sao di chuyển về phía chúng ta, ánh sáng của nó chuyển sang màu xanh lam. Khi nó di chuyển ra xa, nó chuyển sang màu đỏ. Việc đo sự thay đổi đó giúp xác định vị trí của hành tinh.

Đây là phương pháp vận tốc xuyên tâm, và là kỹ thuật đầu tiên phát hiện ra một hành tinh ngoài hệ mặt trời quay quanh một ngôi sao giống Mặt Trời. Năm 1995, Michel Mayor và Didier Queloz đã sử dụng phương pháp này để tìm thấy 51 Pegasi b, một hành tinh khí khổng lồ nóng quay quanh ngôi sao của nó trong bốn ngày. Phát hiện này đã mở ra lĩnh vực khoa học về hành tinh ngoài hệ mặt trời.

Phương pháp này hoạt động hiệu quả nhất đối với các hành tinh khổng lồ nằm gần ngôi sao của chúng, bởi vì chúng gây ra sự dao động lớn nhất. Một hành tinh có khối lượng tương đương Sao Mộc có thể khiến ngôi sao của nó di chuyển với tốc độ 12 mét mỗi giây. Trái đất chỉ khiến Mặt trời di chuyển với tốc độ 9 cm mỗi giây. Việc phát hiện một hành tinh giống Trái đất đòi hỏi các thiết bị nhạy cảm với sự dịch chuyển nhỏ bé đó, đó là lý do tại sao phương pháp này vẫn đang nỗ lực tối đa để đạt được độ chính xác cao nhất.

Vận tốc xuyên tâm bổ sung cho phương pháp quan sát quá cảnh. Quan sát quá cảnh cho ta biết kích thước của một hành tinh. Vận tốc xuyên tâm cho ta biết khối lượng của nó. Cả hai cùng nhau cho ta mật độ, từ đó gợi ý về thành phần cấu tạo. Sự kết hợp này là cách các nhà thiên văn học xác định xem một hành tinh là đá, khí hay hỗn hợp cả hai.