Thời gian thực là một khái niệm rất khó định nghĩa.Theo nghĩa đen, hệ thống phải phản ứng tức thì, thích hợp theo yêu cầu. Theo đúng ý nghĩa, thời gian thực của một sự kiện nghĩa là nó xảy ra ngay lập tức. Một ví dụ khi ta chuyển khoản tiền giữa các tài khoản, đối với một hệ thống thời gian thực, chúng ta sẽ được cập nhật tài khoản ngay lập tức.Tuy nhiên, đối với một hệ thống không phải thời gian thực, việc xử lý sẽ được thực hiện vào cuối mỗi ngày, do đó việc cập nhật có thể phải đợi đến ngày hôm sau. Một ví dụ khác là một hệ thống đa phương tiện, khi chơi các file media, hệ thống này phải đủ khả năng xử lý video, audio đúng theo thời gian của chuẩn dữ liệu, nếu không, sẽ xảy ra hiện tượng giật hình, trễ tiếng, trễ hình hoặc các lỗi khác.
Ngoài việc phản ứng đủ nhanh, hệ thống thời gian thực cần phải tin cậy và chính xác. Đối với các hệ thống điều khiển như trong ô tô, trong dây chuyển sản xuất, độ chính xác rất quan trọng.
Tùy theo mức độ của yêu cầu về thời gian, hệ thống thời gian thực có thể phân thành thời gian thực cứng (hard real-time) hay thời gian thực mềm (soft real-time):
Thời gian thực cứng (hard real-time): Một hệ thống thời gian thực cứng cần một sựđảm bảo về thời gian đáp ứng trong trường hợp xấu nhất. Cả hệ thống bao gồm hệ điều hành, ứng dụng, phần cứng, …. phải được thiết kế đảm bảo các yêu cầu về thời gian đáp ứng. Thời gian đáp ứng có thể là ms, ns nhưng chúng phải luôn được đảm bảo. Nếu không có thể sẽ có những hậu quả nghiêm trọng đối với hệ thống. Ví dụ như các hệ thống quốc phòng, các hệ thống điều khiển xe cộ hoặc máy bay, các hệ thống thu thập dữ liệu, các thiết bị y tế…
Thời gian thực mềm (soft real-time): Đối với hệ thống thời gian thực mềm, việc đáp ứng yêu cầu về thời gian không phải lúc nào cũng cần thiết. Ví dụ như hệ thống xem phim, thỉnh thoảng có thể hệ thống bị treo, hoặc giật hình. Những sự cố này không có hậu quả lớn. Tuy nhiên nếu hệ thống không phản ứng đúng thời gian quá nhiều lần, hệ thống có thể coi như không đạt yêu cầu. Ví dụ như thoại VoIP, hệ thống audio, video,…
POSIX 1003.1b định nghĩa thời gian thực cho hệđiều hành là khả năng của hệđiều hành để cung cấp mức độ của dịch vụ trong một thời gian giới hạn.
Các đặc tính sau có thểđược gắn với hệ thống thời gian thực:
Đa nhiệm/Đa luồng (Multitasking/multithreading): Một hệ điều hành thời gian thực phải có khả năng xử lý đa nhiệm và đa luồng.