リアルタイムOS（RTOS）の最大の特徴は、「リアルタイム性（応答の即時性と時間的決定論）」です。これは単に「処理速度が速い」という意味ではなく、「どのような状況下であっても、特定のイベントが発生してからその処理が完了するまでの時間（応答時間）が常に予測可能（決定論的）であり、最悪値（ワーストケース）でも制限時間（デッドライン）を超えないこと」を指します。RTOSでは、タスクの実行制御に「プリエンプティブ（横取り可能）な優先度ベースのスケジューリング」が用いられます。これにより、低優先度のタスクを実行していても、より高優先度の割り込み（例：異常検知センサーからの信号）が発生した瞬間に、CPUの実行権限をミリ秒〜マイクロ秒単位で強制的に高優先度タスクへと切り替える（コンテキストスイッチ）ことができます。RTOSはさらに、デッドラインを1ミリ秒でも過ぎるとシステム全体が破綻し深刻な事故に繋がる「ハードリアルタイムシステム（例：自動車のブレーキ、航空機制御）」と、多少の遅延（フレームドロップ等）は許容されるが平均的な応答性が求められる「ソフトリアルタイムシステム（例：動画再生機器、家庭用ゲーム機）」に分類されます。