运动的原子发出的光波产生多普勒频移，频移的大小依赖于原子运动速度沿观测方向的分量，趋近的原子发光频率增大，远离的原子发光频率减小；不同速度分量的原子发光频移大小不同。叠加的总效果造成谱线的多普勒增宽，其值与绝对温度的平方根成正比。通常多普勒增宽比自然宽度大2～3个量级。

多普勒增宽：实际上发光原子作无规热运动，运动的原子发出的光波产生多普勒频移，频移的大小依赖于原子运动速度沿观测方向的分量，趋近的原子发光频率增大，远离的原子发光频率减小；不同速度分量的原子发光频移大小不同。叠加的总效果造成谱线的多普勒增宽，其值与绝对温度的平方根成正比。通常多普勒增宽比自然宽度大2～3个量级。

光的波矢为k，原子速度为V，其在k方向的分速度为v，如果原子谱线的中心频率为w0，则由于多普勒效应，它发射或吸收电磁波的频率w为 w = w0 + kv 近似为 w0(1 + v/c).

在普通气体中，|v|约为0-1000m/s，则w - w0约为1GHz，已经远大于自然线宽，可见其重要性。