奥地利物理学家Christian Andreas Doppler首先描述了多普勒效应。即当振动源与接收体之间存在相对运动时，所接收到的回声频率与振动源发射的频率相比会发生改变，频率改变的大小与两者间相对运动的速度有关，这就是多普勒效应。声源与接收器之间彼此靠近时，频率增加；反之，频率下降。发射频率与接收频率之间的区别称为多普勒频移，当物体运动的速度越快，频移越大。多普勒频移是TCD检测血流速度的基础，TCD的检测探头既是超声波的发生器，也是超声波的接收器，TCD检测脑血流时，探头与血液中流动的红细胞之间存在相对运动，超声经过红细胞反射回来，并被探头内的接收器接收，根据发射与接收频率的变化，经过快速傅里叶转换，测定血流速度。