由原子或原子集團運動的多普勒效應引起的譜線致寬。1842年奧地利物理學傢多普勒發現，波源和觀測者的相對運動會使觀測到的波的頻率發生變化，這種現象稱為多普勒效應。發射（或吸收）光的原子具有不規則的熱運動，其中某些原子向著觀測者運動，而另一些原子背離觀測者運動，速度大小也各不同。在這種情況下，原子發射（或吸收）的頻率有些紫移，有些紅移，移動量也各不相同。總的效果是使原子發射（或吸收）的譜線致寬。在視線方向速度為v的原子輻射頻率的變化Δv稱為多普勒勒位移，
，式中v
0、
λ
0為譜線中心頻率和波長，
c為光速，Δv 和Δλ為以頻率和波長標度表示的多普勒位移。在熱動平衡狀態下輻射原子的速度分佈服從麥克斯韋分佈，而輻射按頻率的分佈由下式確定：
式中
為多普勒寬度，ζ
D為原子熱運動的最或然速度。
式中
μ為原子質量，
R為氣體常數，
T為絕對溫度。在這種情況下，由多普勒致寬可以推算出發光物質的溫度。通常，在譜線的中心部分主要由多普勒效應致寬，在線翼部分主要由阻尼效應致寬（見
碰撞阻尼、
輻射阻尼）。由恒星大氣湍動引起的譜線致寬也屬多普勒致寬（見
湍動致寬）。但在這種情況下，由多普勒致寬也可以推算發光物質的溫度。