如果波被运动物体反射并被仪器检测到（正如 LDV），则所测量到的频移可以描述为：
f_D = 2· v/λ
其中，v 是物体速度，λ 是入射波波长。反过来，为了能确定对象速度，需要在已知波长的情况下测量（多普勒）频移，这正是通过 LDV 中的激光干涉仪来完成。

激光多普勒测振仪以光学干涉为基础，即，本质上要求两个相干光束进行叠加，其各自的光强分别为 I1  和I2。两个光束的总强度不是简单的单个强度的求和，而是根据下列公式得出：
I_tot = I₁ + I₂ + 2 √(I₁ I₂) cos [2π(r₁ - r₂)/λ]。

该干涉项与两个光束之间的路径差相关。如果该差值是光波长的整数倍，则总强度是单个光强的四倍。

上图显示了这种物理定律在 LDV 中如何实现技术上的使用。

光束分离器 (BS 1) 将激光束分成参考光束和测量光束。在通过第二个光束分离器 (BS2) 后，测量光束聚焦到样本上，并进行反射。该反射光束由 BS 2 向下偏转（见图），然后与参考光束合并到检测器上。

由于参考光束的光路为常数 (r₂ = const.)（除干涉仪上可忽略的热效应之外），样本移动 (r₁ = r(t))会在检测器上产生亮/暗条纹，这是一种典型的干涉法。检测器上的一个完整的亮/暗周期条纹正好与所用激光的半个波长的位移量相对应。这在激光测振仪经常使用的氦氖激光的情况下，对应于 316nm 的位移。

每单位时间的光程改变表现为测量光束的多普勒频移。在计量方面，意味着多普勒频移直接与样本振动速度成正比。由于远离干涉仪的物体运动所产生的明暗条纹（和调制频率）与物体朝向干涉仪移动所产生的相同，因此仅这种设置无法明确物体移动的方向。鉴于此，将光频移典型值为 40MHz 的声光调制器（布拉格盒）放置在参考光束中（出于比较目的，激光频率为4.74 · 10¹⁴ Hz）。当样本处于静态时，将产生 40 MHz 的典型干涉调制频率。因此，当样本朝干涉仪移动时，调制频率会增加；当样本远离干涉仪移动时，则检测器接收到的频率则小于 40MHz。这意味着，如今不仅能精确检测光程长度，还能检测出运动方向。

原理上， 除可以直接测量出振动速度外，LDV还可直接测量出位移量。不过不是通过对速度进行积分，而是通过对LDV检测器上的亮/暗条纹进行计数来得出位移量。使用合适的插值技术，Polytec 激光测振仪的位移分辨率可达 2 nm ，而在采用数字解调技术后，位移分辨率可达pm级。这种位移解调技术尤其适用于低频测量（在亚 Hz 范围内）。速度解调更适用于高频场合，因为谐波振动的最大振幅可以表示如下：
v = 2π • f • s
随着频率的增加，振动速度增加，振动位移则减小。