Jeżeli urządzenie jest nieruchome względem hipotetycznego eteru, różnica w czasie przelotu obu promieni wzdłuż ramion dana jest przez: {| class="wikitable" !
Czas, jaki zajmuje światłu przelot w tę i z powrotem wzdłuż skróconego lorentzowsko ramienia, wynosi:
gdzie: – czas w kierunku ruchu – w przeciwnym kierunku – komponent ruchu względem eteru światłonośnego – prędkość światła w próżni – długość podłużnego ramienia interferometru.
Czas przelotu światła wzdłuż prostopadłego ramienia wynosi:
Różnica wynosi więc: {| class="wikitable" !
Ponieważ dane są następujące ( jest początkową różnicą długości, a początkową prędkością urządzenia, zaś i są odpowiednimi wielkościami po obrocie lub zmianie prędkości Ziemi na skutek obrotu wokół osi lub też obrotu wokół Słońca):
Aby otrzymać ujemny wynik doświadczenia, zmiana długości powinna równać się zero Niemniej jednak widać, że oba wyrażenia znoszą się tylko wtedy, gdy prędkości są takie same. Eksperyment Michelsona-Morleya jest niewrażliwy na zmiany prędkości, gdyż różnica między a jest zerowa. Zatem eksperyment Michelsona-Morleya testuje jedynie prędkość światła w zależności od orientacji urządzenia.