Zwei Beobachter, die die Ausstrahlung von Wellen beobachten, kommen zu unterschiedlichen Aussagen über ihre Frequenz, wenn der eine Beobachter (S = Sender) im Vergleich zum Wellenzentrum ruht, und der andere  (E = Empfänger) im Vergleich dazu bewegt ist. Das ist der Doppler-Effekt.

Betrachten wir die Aussendung von Licht (Photonen) durch ein Atom. Nehmen wir an, dass beide Beobachter im Vergleich zueinander ruhen. Dann stellt der Beobachter E beim Lichtempfänger fest, dass das Licht die gleiche Frequenz hat, bzw. dass das Photon die gleiche Energie hat, wie es ausgesandt wurde, wie es also der Beobachter S sieht. Vergrößert sich jedoch der Abstand zwischen Atom und Empfänger ständig, dann stellt der Beobachter E eine geringere Frequenz (Energie) fest als der Beobachter S ("Rot-Verschiebung"). Verkleinert sich der Abstand ständig, dann stellt der Beobachter E eine höhere Frequenz (Energie) fest als der Beobachter S ("Blau-Verschiebung").

In einem Gas haben die Atome unterschiedlichste Geschwindigkeiten und Bewegungsrichtungen. Auch wenn jedes Atom - in seinem Bezugssystem - nur Photonen einer einheitlichen Energie abgeben würde, ein Beobachter im Laborsystem würde die Strahlung von dem einem Atom rotverschoben, von einem anderen Atom blauverschoben sehen, je nachdem, ob sich das Atom vom Beobachter entfernt und sich ihm annähert. Spektrallinien  - entstanden durch die Überlagerung der Strahlung verschiedenster Atome - erscheinen deshalb im Labor verbreitert. Diese Verbreiterung kann man nur verhindern, wenn man die Atome "einfriert", so dass sie alle im Vergleich zum Labor ruhen, oder indem man den emittierenden Körper so vergrößert, dass er zwar Impuls an das emittierte Photon überträgt und den Rückstoß aufnimmt, aber wegen seiner sehr großen Masse quasi keine Energie. Im Bereich der Kernphysik wählt man beim Mößbauer-Effekt diesen letzten Weg, im Bereich der Atomphysik "friert" man in so genannten Fallen die Atome "ein".

Neben dieser "Doppler-Verbreiterung" gibt es weitere Mechanismen für die Breite der Spektrallinien: die Stoßverbreiterung und die natürliche Linienbreite.

Bei der Stoßverbreiterung, die besonders bei dichten Gasen und hohen Temperaturen eine große Rolle spielt, werden die Atome durch Stöße mit Nachbarn zur Abgabe ihrer Anregungsenergie in Form eines Photons vorzeitig gezwungen. Das erniedrigt die mittlere Lebensdauer des angeregten Zustands, was nach der HUR eine größere Energie-un-be-stimmtheit zur Folge hat: Die Spektrallinie erscheint verbreitert.