宇宙マイクロ波背景放射（CMB）からの光が、銀河団のプラズマ中にある大量の高温電子の中を通るときに、逆コンプトン散乱を受けその黒体放射のスペクトルに歪みが生じる効果を指す。略してSZ効果とも呼ばれる。このとき、エネルギーの低い、つまり振動数の小さい（波長の長い）光子は電子からエネルギーを得る結果、長波長側から短波長側へ光子が移送されてCMBのスペクトルが歪む。このため、周波数 200 GHz（波長約1.5 cm）程度を境として、周波数の低い/高い側で観測するとCMBの温度が実際より低く/高く観測される。
天球上で見ると、銀河団の中心で電波強度が、低周波数域では弱く高周波数域では強くなったように見える。この熱的SZ効果の他に、銀河団がCMBに対して運動するためにドップラー効果で生じる運動学的SZ効果があるが、それは二次的なもので大きさはずっと小さい。