光波由光子組成，一個光子就像一個粒子，攜帶著能量和動量。一個光子的能量是普朗克常數乘以光子頻率E=hf。當光波源與觀察者有相對運動時，觀察到的光波頻率要發生變化，即所謂的光波頻移（又叫都卜勒效應）。兩者相向移動，光波頻率升高，叫藍移，兩者相互遠離，頻率降低，叫紅移。
頻移推導：設光源與觀察者之間的運動速度位u,根據愛因斯坦的相對論公式E=MoC^2/(1-V^2/C^2)^1/2可推算出E=E'(1+UV'/C^2)/(1-U^2/C^2)^1/2。當光波源遠離觀察者時，把V'=-C,U>0代入上式可得f=f'{(C-U)/(C+U)}^1/2,f<f',產生紅移現象！當光波源向觀察者靠近移動時，把V'=-C,U<0代入公式可得f=f'{(C+U)/(C-U)}^1/2,f>f',發生了藍移！另外，上面頻移公式和推算適合所有電磁波和以光速運動的粒子。
光波頻移的重要意義：哈勃根據恆星的紅移現象發現了我們的宇宙在不斷地膨脹，科學家們還可根據恆星紅移數據推算出恆星離我們的距離，並發現河外星系及類星體等。頻移技術還可在無線通信，雷達掃描，醫療衛生等領域發揮巨大的作用。
另外光還存在質量引力頻移，當光從強引力場傳播到弱引力場時，會引起紅移現象；反方向傳播時，則引起藍移現象。頻率的變化是由於在增加或減少引力勢的過程中做了功。紅移時是客服引力做功，藍移時則是引力做功。
