經顱多普勒血流分析儀的工作原理基于物理學中的多普勒效應。這是一種當波源與觀察者之間存在相對運動時，觀察者接收到的波頻率會發生變化的物理現象。生活中常見的例子是警笛聲：當警車駛向你時，音調變高(頻率變高);遠離你時，音調變低(頻率變低)。

經顱多普勒血流分析儀巧妙地將這一原理應用于醫學：

發射超聲波：儀器的探頭(換能器)會發射出固定頻率(通常為2MHz)的超聲波脈沖，這些聲波穿透顱骨較薄的“聲窗”進入顱內。

接收回聲：超聲波在傳播過程中遇到流動的血細胞(主要是紅細胞)會發生散射。一部分散射回來的回聲信號會被探頭接收。

頻率分析：由于血細胞是運動的，根據多普勒效應，探頭接收到的回聲頻率與發射頻率之間會存在一個微小的差異，這個差異稱為多普勒頻移。

計算血流速度：多普勒頻移的大小(Δf)與血細胞的流動速度(V)成正比。儀器通過公式 V = (c * Δf) / (2 * f0 * cosθ) (其中c是超聲波在組織中的速度，f0是發射頻率，θ是超聲波束與血流方向的夾角)自動計算出血流速度。

顯示結果：計算出的血流速度信息以兩種形式呈現：

音頻信號：不同速度的血流會產生不同的聲音，操作者可通過聆聽音調高低和性質來輔助判斷。

頻譜圖：將血流速度隨時間的變化以波形圖的形式實時顯示出來，形成可讀、可測量的頻譜。

通過這種方式，經顱多普勒血流分析儀實現了無創、實時地檢測顱內血流速度，從而評估腦血管的功能狀態。