Deneyin temel amacı, Dünya'nın hareketinin, ışığın hızını ölçümlerde etkileyip etkilemediğini belirlemekti. Michelson ve Morley, ışığın hızını ölçmek için bir interferometre kullandılar. Bu cihaz, ışığın farklı yönlerdeki iki yol boyunca seyahat etmesine izin verir ve sonra bu yolların tekrar birleştirilmesiyle ışığın dalga boylarındaki değişmeleri ölçmeye olanak tanır. Eğer Dünya'nın hareketi ışığın hızını etkiliyorsa, bu interferometrenin iki ışık yolu arasındaki uzunluk farkında bir değişiklik olması beklenirdi.
Ancak Michelson ve Morley, deneylerinin sonuçlarında beklenen sonuçları elde edemediler. Deney, Dünya'nın hareketinin ışığın hızını etkilemediğini, ışığın vakumda herhangi bir gözlemci için sabit bir hızda hareket ettiğini gösterdi. Bu sonuç, Maxwell'in elektromanyetizma teorisini destekledi ve dönemin fizikçileri için büyük bir sürpriz oldu.
Michelson-Morley deneyinin sonuçları, özel görelilik teorisinin temellerini oluşturdu. Albert Einstein, bu deneyin sonuçlarına dayanarak özel görelilik teorisini geliştirdi. Bu teori, gözlemcinin hızına bağlı olarak zamanın ve uzayın nasıl değiştiğini açıklar. Bu deney, modern fizikte önemli bir dönüm noktası olmuş ve klasik fiziğin yerini alan yeni bir paradigmaya yol açmıştır.
