Princípom detekcie exoplanét metódou radiálnych rýchlostí je Dopplerov efekt. Prejavuje sa pri vzájomnom pohybe pozorovateľa a zdroja vlnenia. V prípade zvukového vlnenia sa mení tón na vyšší (posun ku kratším vlnovým dĺžkam), ak sa k nám zdroj približuje, pri vzďaľovaní (posun k väčším vlnovým dĺžkam) tón klesá. Čím rýchlejšie sa zdroj pohybuje, tým je zmena tónu väčšia (pohybujúce sa auto). Ekvivalentne sa v prípade svetelného vlnenia mení farba: smerom k modrej, ak sa zdroj približuje, k červenej, ak sa vzďaľuje. Hviezdy vysielajú elektromagnetické vlnenie (ku ktorému patrí aj svetlo) v širokom rozsahu vlnových dĺžok. Preto, ak by sme vo svetle hviezdy nenašli nejaký oporný bod, vzhľadom na ktorý môžeme uskutočniť meranie, nemohli by sme pohyb hviezdy zaznamenať. Týmito opornými bodmi sú spektrálne čiary chemických látok vyskytujúcich sa v atmosférach hviezd. Jednotlivé látky pohlcujú (absorbujú) a vysielajú (emitujú) žiarenie na konkrétnych vlnových dĺžkach. V svetelnom spektre sa preto objavia zárezy (absorpčné čiary), alebo výčnelky (emisné čiary) prislúchajúce jednotlivým látkam. Spektrum hviezdy sa potom dá prirovnať k odtlačku prstov. 

Ak sa spektrálne čiary periodicky vychyľujú vzhľadom na ich strednú polohu, znamená to, že hviezda sa k nám periodicky približuje a vzďaľuje. Tento pohyb je spôsobený gravitačnou silou planéty, ktorá núti obiehať sústavu hviezda-planéta okolo ich spoločného ťažiska. Čím je planéta hmotnejšia a čím obieha bližšie k materskej hviezde, tým je posun spektrálnych čiar výraznejší. K objaveniu menej hmotných planét treba citlivé spektroskopy umožňujúce merať radiálnu rýchlosť s presnosťou niekoľkých m/s. Napr. zmena radiálnej rýchlosti Slnka spôsobená Jupiterom je 12,5 m/s, Zemou len 0,1 m/s. Aj z tohto dôvodu sú takmer všetky planéty objavené touto metódou na tesných dráhach okolo hviezd a ich hmotnosť sa pohybuje v násobkoch hmotností Jupitera. Zhotovením grafu výchylky spektrálnych čiar v závislosti od času, získame periódu obehu planéty okolo hviezdy (je totožná s periódou zmien polôh spektrálnych čiar), výstrednosť jej dráhy, vzdialenosť od materskej hviezdy a približne aj jej hmotnosť. Určenie hmotnosti planéty je problematické, lebo nepoznáme presný sklon jej dráhy voči pozorovateľovi. Výnimkou je prípad, ak dráha planéty okolo hviezdy leží v jednej rovine s pozorovateľom. Tu by nami vypočítaná hmotnosť zodpovedala skutočnej hmotnosti planéty. Čím je sklon týchto rovín väčší, tým menšie výchylky spektrálnych čiar pozorujeme a pri pravom uhle pozorovateľ-hviezda-planéta by boli výchylky nulové. To, čo v skutočnosti určíme, je súčin hmotnosti planéty a sínusu sklonu jej dráhy. Vypočítané hmotnosti tak zodpovedajú spodnej hranici hmotnosti planéty, preto telesá dnes považované za planéty môžu mať v skutočnosti hmotnosť väčšiu ako 13 Jupiterov a patriť už do kategórie hnedých trpaslíkov. Metódou radiálnych rýchlostí bolo dodnes (30.6.2009) objavených 327 z celkového počtu 353 extrasolárnych planét.