奧地利物理學家Christian Andreas Doppler首先描述了多普勒效應。即當振動源與接收體之間存在相對運動時，所接收到的回聲頻率與振動源發射的頻率相比會發生改變，頻率改變的大小與兩者間相對運動的速度有關，這就是多普勒效應。聲源與接收器之間彼此靠近時，頻率增加；反之，頻率下降。發射頻率與接收頻率之間的區別稱為多普勒頻移，當物體運動的速度越快，頻移越大。多普勒頻移是TCD檢測血流速度的基礎，TCD的檢測探頭既是超聲波的發生器，也是超聲波的接收器，TCD檢測腦血流時，探頭與血液中流動的紅細胞之間存在相對運動，超聲經過紅細胞反射回來，并被探頭內的接收器接收，根據發射與接收頻率的變化，經過快速傅里葉轉換，測定血流速度。