Celem doświadczenia Michelsona-Morleya było sprawdzenie wpływu ruchu źródła światła na wartość prędkości rozchodzenia się światła oraz sprawdzenie istnienia eteru, czyli hipotetycznej substancji, wypełniającej całą przestrzeń i będącej nośnikiem fali elektromagnetycznej. Koncepcja eksperymentu opierała się na założeniu, że wartość prędkości światła, wysłanego z Ziemi w kierunku zgodnym z jej ruchem powinna być większa od prędkości światła wysłanego w kierunku przeciwnym do ruchu Ziemi. Bowiem zgodnie z klasycznym prawem składania prędkości w pierwszym przypadku wypadkowa prędkość jest równa sumie prędkości światła i Ziemi, w drugim natomiast różnicy tych dwóch prędkości.
Rys. Monika Pilch
\(v _{wyp} =c-v _{Z} \) \(v _{wyp} =c+v _{Z} \)
Rys. 1. Impuls światła wysłany z prędkością c w kierunkach zgodnym i przeciwnym do kierunku ruchu Ziemi.
W celu wyznaczenia różnicy prędkości światła w obu wspomnianych wcześniej przypadkach zastosowano interferometr, który badał interferencję dwóch wiązek światła – równoległej i prostopadłej do kierunku ruchu Ziemi. 
Rys. Monika Pilch
Rys.2. Schemat interferometru Michelsona. Z1, Z2 – zwierciadła płaskie, B – błona półprzepuszczalna.
Gdyby prędkość światła względem Ziemi zależała od ruchu planety, wówczas obrócenie interferometru o kąt prosty powinno powodować przesunięcie się prążków interferencyjnych na ekranie detektora. Jednak doświadczenie dało wynik negatywny - nie stwierdzono żadnego przesunięcia prążków interferencyjnych. Oznacza to, że prędkość światła nie zależy od układu odniesienia. Nie istnieje także eter, względem którego porusza się światło.
Doświadczenie Michelsona-Morleya uważane jest obecnie za jeden z najważniejszych eksperymentów fizyki. Stanowi ono podstawę szczególnej teorii względności.