La méthode des vitesses radiales est basée sur l'étude du spectre lumineux de l'étoile cible. L'étoile, si elle possède une planète en orbite, décrit un mouvement autour du centre de masse du système. Ce mouvement fait qu'elle se rapproche et s'éloigne de nous périodiquement.

En astronomie, il faut tirer toutes les informations de la lumière. Pour l'étude des mouvements, on peut par exemple utiliser l'effet dopler fizeau. Lorsqu'une source lumineuse s'éloigne, les ondes électromagnétiques sont décalées vers le rouge (en cosmologie, on parle de redshift). Alors que le rapprochement de la source, implique un décalage vers le bleu des ondes.

La lumière de l'étoile est donc périodiquement décalée, tantôt vers le bleu, tantôt vers le rouge, a mesure qu'elle s'éloigne et qu'elle se rapproche de nous.

Le relevé précis de ces décalages au cours du temps, permet aux astrophysiciens de tracer le graphe des vitesses radiales à l'aide de la formule (1). La période de la courbe les renseignent sur la période du mouvement de l'étoile, qui grâce a la formule (2), nous donne accès au demi grand axe de l'orbite de la planète.

(2)

(3)

La vitesse radiale déduite, permet également de déduire la masse de la planète a un facteur Sin(i) près, où i est l'angle d'observation du système planétaire.

Cette méthode des vitesses radiale est plus performante avec des grandes vitesses radiales. Ce qui implique qu'elle est optimisée pour des planètes évoluant avec une grande vitesse, donc proche de leur étoile. Ce qui explique pourquoi la majorité des planètes découvertes a l'heure actuelle ont une orbite très proche de leur étoile, en comparaison avec notre système solaire.