마이컬슨 간섭계를 사용하여 진행한 실험으로, 빛이라는 파동[1]을 전달하는 매질인 에테르는 실존하지 않는다는 것을 밝혀냈다.

당시, 모든 파동은 파동을 전달하기 위한 매질이 필요하다고 생각되었다. 소리도 공기라는 매질이 있어야 전달이 되며, 공기가 없는 진공에서는 전달되지 않는다. 같은 이유로, 빛 역시 이를 전달하는 매질이 있을 것이라고 추측하였고, 이를 '에테르'라고 불렀다.

만약 매질(에테르)가 존재한다면 태양 주위를 공전하는 지구는 그 물질에 대해서 상대운동을 한다고 볼 수 있다. 따라서 지구는 공전 중에 에테르의 바람(?)을 맞고 있을 것이고, 따라서 지표 관찰하는 빛의 속도는 동서남북 방향에 따라서 달라야 할 것이다. 마이컬슨-몰리 실험은 이런 차이가 존재할 것이라고 가정하여 실험을 진행했다. 마이컬슨을 이를 측정하기 위해서 마이컬슨 간섭계라는 것을 만들었다.

그러나, 마이컬슨-몰리 실험에서 빛의 속도는 모든 방향에 대해서 일정한 것으로 나타났다. 측정 장치의 정밀도가 충분히 높지 않아서 측정하지 못한 것은 아니었냐는 추측도 있지만, 이론상 도출되었어야 할 차이값은 당시의 정밀도로도 충분히 측정 가능한 수준이었다. 다양한 방법으로 매질(에테르)가 측정되지 않은 이유를 검토해 보았으나, 실험 결과로 부터 도출되는 합리적인 결론은 빛이 진행하기 위해 매질이 필요하지 않다. 였다. 즉, 에테르가 존재한다는 주장이 이 실험 때문에 반증되었다. 본래 이 실험은 에테르의 존재를 검증하려는 것이었으나 에테르의 존재를 부정하는 실험이 되어버렸다. 결론적으로, 소리가 공기라는 매질을 필요로 하는 것과는 달리 빛은 매질을 필요로 하지 않는다.

그리고, 이 실험의 결과로, 빛의 속력이 불변하다는 상대성 이론에 힘을 실어 주게 된다.

대부분의 공대나 자연과학 계열 대학에서는 1학년 물리실험에서 마이컬슨 간섭계를 이용하여 빛의 간섭을 측정한다. 현대에서 이렇게 전공기초적인 실험계는 이후 미국에서 스케일이 더욱 커져서 아인슈타인이 예견한 중력파를 발견하게 된다.

또한 매우 측정하기 힘든 나노미터급 계측을 광학적으로 계측하는 데에도 사용된다.

그 외에도 고등학교 물리1교과서에 나오는 등 여러모로 유명하다.

1987년은 마이컬슨과 몰리가 마이컬슨-몰리 실험을 한 지 100주년이 되는 해였다. 이 뜻깊은 해를 맞이하여, 마이컬슨-몰리 100주년 기념 행사 위원회가 조직됐고 이 위원회는 미국의 현대음악 작곡가 필립 글래스에게 기념 작품을 위촉했다. 그 결과, 필립 글래스가 빛(필립 글래스), 즉 The Light라는 관현악곡을 작곡했다.