Il principio del laser Doppler consiste nella valutazione dell'effetto Doppler manifestato dalla luce laser quando i fotoni colpiscono i globuli rossi in movimento. Nel laser Doppler imager (a differenza del più diffuso laser Doppler a fibra ottica, nel quale la luce laser viene trasportata al tessuto da una sonda a fibre ottiche), non c'è alcun contatto tra sorgente laser e tessuto in esame. Il raggio laser effettua una scansione dell'area stabilita, e la luce riflessa viene raccolta da un fotorilevatore posto nel dispositivo di scansione. La distanza tra dispositivo di scansione e tessuto può variare da 15 a 50 cm. L'elaborazione dei dati prodotti dalla luce riflessa, ed in particolare della componente che ha subito un effetto Doppler, genera una mappa colorata che rappresenta la distribuzione della perfusione ematica della superficie del tessuto scansionato.