L'analyse réelle est la branche de l'analyse qui étudie les ensembles de réels et les fonctions de variables réelles. Elle étudie des concepts comme les suites et leurs limites, la continuité, la dérivation, l'intégration et les suites de fonctions. La présentation de l'analyse réelle dans les ouvrages avancés commence habituellement avec des démonstrations simples de résultats de la théorie naïve des ensembles, une définition claire de la notion de fonction, une introduction aux entiers naturels et la démonstration importante du raisonnement par récurrence. Ensuite, les nombres réels sont ou introduits par des axiomes, ou construits à partir de suites de nombres rationnels. Des conséquences importantes s'en déduisent, comme les propriétés de la valeur absolue, l'inégalité triangulaire ou l'inégalité de Bernoulli. Le concept de convergence, central à l'analyse, est introduit via les limites de suites. Plusieurs lois qui gouvernent le procédé de calcul de limite peuvent être établies, et différentes limites peuvent être calculées. Les séries, qui sont des suites particulières, sont aussi étudiées en analyse. Les séries entières servent à définir proprement plusieurs fonctions importantes, telles que la fonction exponentielle et les fonctions trigonométriques. Divers types importants de sous-ensembles de nombres réels, tels que les ensembles ouverts, les ensembles fermés, les ensembles compacts et leurs propriétés sont introduits. Le concept de continuité peut ensuite être défini à partir des limites, les propriétés d'algèbre des limites s'en déduisent ; la somme, le produit, la composée et le quotient de fonctions continues sont continues, et le théorème important des valeurs intermédiaires est démontré. La notion de dérivée peut être définie comme une limite d'un taux de variation, et les règles de calcul d'une dérivée peuvent être démontrées rigoureusement. Un théorème central est le théorème des accroissements finis. Nous pouvons aussi faire de l'intégration (de Riemann et de Lebesgue) et démontrer le théorème fondamental de l'analyse.