Soit une fonction dépendant du temps . La transformée de Fourier fractionnaire sera définie de la manière suivante [] :
où
C(a) assure la conservation de l'énergie dans le domaine fractionnaire, a est l'ordre fractionnaire satisfaisant 0 < a < 2, Ta est la variable conjuguée de T dans le domaine fractionnaire et est un paramètre qui a la dimension du temps T. Dans la pratique, ce paramètre est choisi en début d'analyse pour s'adapter aux ordres de grandeur des données rencontrées dans l'analyse menée.
La transformée de Fourier fractionnaire est un opérateur dont les fonctions propres sont des fonctions à dérive de fréquence linéaire.