Vsako gibanje proti ali stran od negibljivega opazovalca se imenuje radialna hitrost, gibanje katerega koli predmeta pa določata tako hitrost kot smer. Za določitev smeri predmeta pa je treba poznati referenčni okvir opazovalca. V normalnem, tridimenzionalnem prostoru ima opazovalec fiksni referenčni okvir s poljubnim številom predmetov, ki se premikajo proti njegovi lokaciji ali stran od nje.
Planeti v večinoma krožnih orbitah imajo majhno radialno hitrost glede na svoja sonca, toda za nepremične opazovalce, zunaj sončnega sistema, tak planet spreminja svoje gibanje proti njim in stran od njih po svoji orbiti. Videti je, da ima planet dve največji radialni hitrosti: eno pozitivno, ko se planet odmika od opazovalca na skrajno stran svojega sonca, in drugo negativno, ko se planet premika izza svojega sonca proti opazovalcu. Ko astronomi uporabljajo teleskope za opazovanje sistemov orbitalnih teles, se podatki zaznajo kot elektromagnetna energija. Energijski valovi, ki jih sprejemajo teleskopi, so različni, odvisno od tega, ali se orbitalni objekt premika proti ali stran od daljnogleda.
Dejstvo, da so energijski valovi predmetov, ki se premikajo proti opazovalcu, stisnjeni in se zdi, da imajo višjo frekvenco kot valovi predmetov, ki se odmikajo od opazovalca, se imenuje Dopplerjev premik, ki ga je predlagal Christian Doppler leta 1842. Na primer, ko planeti krožijo okoli oddaljenih zvezd , jih odvlečejo stran od njihovih težišč, zaradi česar se premikajo proti opazovalcu ali stran od njega. Rahlo premikanje zvezde proti ali stran povzroči, da se njen spekter, mavrične barve njene svetlobe, premaknejo proti modri, ko se približuje, in proti rdeči, ko se oddalji. Z uporabo te metode radialne hitrosti časovni premik iz rdeče v modro in nazaj daje astronomom informacije o masi in orbitalnem ciklu planetov, ki krožijo okoli oddaljenih zvezd.
Ta metoda se lahko uporablja tudi v astronomiji za merjenje konstantnih hitrosti zvezd, ki krožijo okoli oddaljenih galaksij, ko jih gledamo z roba. Svetlobni ali radijski valovi, ki jih prejmejo zvezde, ki se premikajo proti teleskopu, se premaknejo na višje frekvence, medtem ko se svetlobni ali radijski valovi od zvezd, ki se oddaljujejo od teleskopa, premaknejo proti nižjim frekvenčnim valovnim dolžinam. Količina premika kaže tako relativno hitrost zvezd glede na opazovalca kot kotno hitrost zvezd v orbiti okoli galaksije.
Pri napovedovanju vremena so močno pripomogli zemljevidi radialne hitrosti, merjeni z Dopplerjevim vremenskim radarjem. Tako kot radialna hitrost, zabeležena za vrtečo se galaksijo, kaže vrtenje z rdečim in modrim premikanjem svetlobnih valov, sprememba frekvence radijskih valov kaže na rotacijsko gibanje v nevihtah, kot so cikloni, orkani in tornadi. Vremenski napovedovalci lahko zgodaj objavijo opozorila o tornadu, ko opazijo Dopplerjev premik v sistemih za hude vremenske razmere.
Dopplerjev premik ali metoda radialne hitrosti se lahko uporablja na katerem koli telesu ali sistemih teles, ki so v orbiti ali vibrirajo okoli skupnega središča. Tako nebesni objekti kot vremenski vzorci prikazujejo rdeči ali modri premik, odvisno od tega, ali se predmeti približujejo ali odmikajo od opazovalca v radialni smeri. Zgornjo mejo radialne hitrosti je Albert Einstein opisal kot svetlobno hitrost v vakuumu, njegova posebna relativnostna teorija pa velja za to radialno gibanje v neposrednem vidnem polju.