A hagyományos operációs rendszerek (Linux, Windows, MacOS) nem garantálják, hogy egy adott feladat az elvárt határidőn belül végrehajtódik. Ez a legtöbb hétköznapi alkalmazásnál nem okoz gondot, de beágyazott rendszereknél általában megengedhetetlen. Ha egy szenzorból rendszeresen, például 0.01 másodpercenként kell mintát venni, egy nem valós idejű rendszer lehet, hogy időben elcsúszik a feldolgozással, mert épp másik feladat fut, vagy valami váratlan történik (pl. garbage collection). Ezzel elveszik a mintavétel pontossága, ami így sok alkalmazásban teljesen használhatatlanná teheti az adatokat.
Az RTOS időbeli működését a belső óra által adott tick, egy ISR vezérli. Ez alapján történnek az ütemezések és feladatváltások. Minél nagyobb a tickrate, annál pontosabb időzítést lehet elérni. Ha értéke például 100, akkor a rendszer 10 milliszekundumonként ellenőrzi, hogy lejárt-e valamelyik késleltetés, dönt a feladatváltásról és kezeli az RTOS egyéb szolgáltatásait. Hasonlóan működnek az online multiplayer játékok szerverei, amelyek egy tickrate (általában 32, 64 vagy 128) szerint küldenek friss adatokat a játékosoknak.
Valós idejű rendszerekben minden feladatnak van prioritása. A magasabb prioritású feladat megszakíthatja az alacsonyabbakat. Például, ha egy motorvezérlő frissíteni szeretné egy motornak a pozícióját, azt nem lehet késleltetni csak azért, mert egy másik feladat egy állapotjelző LED-et szeretne villogtatni.
A semaphore minden RTOS-nek fontos eszköze, amivel meg lehet mondani, hogy egy erőforrást hány feladat használhat egyszerre. Lehet számláló típusú (counting), ahol az értéke megmutatja, hogy hány felhasználó férhet hozzá egyidejűleg egy adott erőforráshoz, vagy lehet bináris, ami csak a szabad vagy foglalt állapotot veheti fel. Ezt gyakran használják egyszerű jelzésre is két task között. Ha van egy I2C busz, amin több feladat akar adatot küldeni, akkor egy bináris semaphore segítségével biztosítani lehet, hogy egyszerre mindig csak az egyik férjen hozzá. Fontos, hogy a semaphore esetében bármelyik feladat elveheti vagy visszaadhatja az engedélyt, mivel az nem tartja számon, hogy ki használta.
A mutex (mutual exclusion) szintén egy RTOS szinkronizációs eszköz, de speciálisan arra való, hogy kritikus kódrészt védjen, amit egyszerre csak egy feladat futtathat. Ha több feladat szeretne egy globális változót írni és olvasni, mutex használatával megakadályozható, hogy a feladatok egyszerre hozzáférjenek. Így elkerülhető a versenyhelyzet és az adatvesztés. A mutex fontos tulajdonsága, hogy csak az a feladat engedheti el, amelyik lefoglalta, valamint általában támogatja a priority inheritance mechanizmust. Tulajdonképpen egy szigorúbb és biztonságosabb semaphore.
Ha van három feladat, például egy magas prioritású motorvezérlés, egy közepes prioritású kijelző frissítés és egy alacsony prioritású naplózás, akkor előfordulhat, hogy a naplózó feladat lefoglalt egy mutexet, hogy írjon egy közös változót. Ekkor, ha a magas prioritású motorvezérlés is használni szeretné a változót, várnia kell a mutex elengedésére. Azonban a kijelzőfrissítés kap a naplózás helyett CPU-időt, mivel magasabb prioritású, ezzel pedig tulajdonképpen az alacsony prioritású feladat elnyomja, blokkolja a magas prioritásút.
A priority inheritance mechanizmus pontosan a priority inversion elkerülésére való. Ha egy magas prioritású feladat vár a mutexre, amit egy alacsonyabb prioritású feladat foglalt le, akkor ideiglenesen meg kell emelni az alacsonyabb prioritású feladat prioritását a magasabbikéval egyenlőre. Az alacsony prioritású feladat így megkapja a CPU-időt, végrehajtja a teendőit, elengedi a mutexet, majd visszaáll az eredeti prioritására.
A Mars Pathfinder 1997-es küldetése során a programjában bekövetkezett priority inversion miatt a rendszer többször újraindult. Az alacsony prioritású feladat, amely szenzorok vezérléséért felelt, lefoglalt egy mutexet, miközben a magas prioritású, tudományos adatokat a Földre visszaküldő feladat várt a mutex elengedésére, de közben egy közepes prioritású feladat rendszeres háttérfeladatokat végzett. A magas prioritású feladat így nem tudott futni. A hiba a küldetés késlekedéséhez vezetett, és ha a watchdog újraindítások miatt az adatok a Földre nem jutnak el, a szonda haszontalanná válhatott volna. Végül a NASA mérnökei távolról aktiválták a priority inheritance mechanizumust, és a szonda stabilizálódott, nem történt baj.
Segítségével különböző feladatok biztonságosan tudnak egymásnak adatot küldeni, így nem kell közvetlenül kommunikálniuk, ami modulárissá és biztonságossá teszi a rendszert. Egy mérési adatokat gyűjtő feladat a saját tempójában felrakja a sorra az adatokat, a feldolgozó feladat pedig a saját tempójában leveszi azokat.