说明：为了写方便，在涉及计算时，平方以编程形式写成2，平方写成0.5。
光速每秒30万公里，以c表示。对迈克尔逊-莫雷实验设备的检测部分可以不懂，不妨碍狭义相对论的学习，但必须懂时间差的计算。迈克尔逊-莫雷实验大致的原理（见图1），制造一个仪器，在仪器中心O处装一块分光镜，A处有一个光源，仪器有两个相互垂直的长度相等的长臂，臂端B、C处各装一块反光镜，光源发射的一束光一部分透过分光镜照射B处的镜子上，另一部分反射到C处的镜子上，光再从两面镜子反射回来到分光镜，然后分别反射和透过分光镜，照到屏上，屏上出现干涉条纹。
如果这个仪器静止在以太中，光在分光镜与两反光镜间往返传播的时间相等，设分光镜与反光镜间的距离OB、OC均为L，则光在分光镜与反光镜间的往返时间均为2L/c。如果这个仪器在以太中朝一个臂的方向以速度v运动（如图2，朝OB方向运动）
则光在两个方向的传播实际情况如图2、图3、图4、图5。
光在OB间往返，就变成了光要先从分光镜O处开始追上B处的反光镜，传播路径O→B2用S2表示，所需时间为L/(c-v)，被反射后再与分光镜迎面相遇，传播路径B2→O4用S4表示，所需时间为L/(c+v)，往返时间之和为L/(c-v)+ L/(c+v)=2Lc/(c^2-v^2)，
而另一束光则会走一个V字形，路径O→C1、C1→O3分别为S2、S4，S2=S4=Lc/(c^2-v^2)^0.5，
所以，光传播路径S2、S4的时间均为L/(c^2-v^2)^0.5，时间之和为2L/(c^2-v^2)^0.5，比前一束光所用时间2Lc/(c^2-v^2)要短。
在实验中，同时从光源发射的光路径如图6，同时到达屏的光是不同时从光源发射的，路径如图7，屏上仍有条纹。
如果将该仪器慢慢旋转90°，使OB臂转到垂直于运动方向，OC臂转到朝向运动方向（图8），则光在OB臂间的往返时间变为2L/(c^2-v^2)^0.5，在OC臂间的往返时间变为2L/(c^2-v^2)。
在仪器慢慢旋转的过程中，光在两臂的往返时间差慢慢变化，理论上屏上的条纹就会慢慢移动，根据条纹的移动，就可以计算出地球在以太中运动的速度大小。
在这个计算中，仪器朝A→B方向运动与朝B→A方向运动所检测到的速度大小是一样的，如果在不同季节，地球在公转轨道不同位置分别测量在以太中的运动速度，就可以判断出地球在以太中运动的大小和方向。
不过，在实验中，迈克尔逊和莫雷并没有观察到条纹移动，可以说这个实验是失败的，而失败的原因并不是实验原理错误也不是实验设备问题，所以只能认为是指导这个实验的理论本身有问题。
说点题外话，迈克尔逊-莫雷实验证明当时已知的理论有问题，在物理学界引起了轰动，最后迈克尔逊和莫雷获得了诺贝尔奖，不过颁奖的原因却不是因为他们的实验结果颠覆了一个理论，而是他们在精密测量方面的贡献，原因就是因为诺贝尔奖的评委也搞不懂这些理论，所以不敢轻易对他们的实验成果颁奖，只能找个借口给他们颁奖——事实上，迈克尔逊-莫雷实验的设备原理与之前的斐索实验设备原理大同小异，要说精密测量的贡献，应该是斐索的，迈克尔逊和莫雷只不过是用斐索的实验原理略加修改而已。
