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  以下证明主要使用两个定理:  设"O"为圆心,因为"OA" = "OB" = "OC",所以△"OAB"和△"OBC"都是等腰三角形。因为等腰三角形底角相等,故有∠"OBC" = ∠"OCB",且∠"BAO" = ∠"ABO"。设"α" = ∠"BAO","β" = ∠"OBC"。在△"ABC"中,因为三角形的内角和等于180°,所以有

  泰勒斯定理也可以用三角学方法证明,证明如下:  令"O" =(0, 0), "A" =(-1, 0), "C" =(1, 0)。此时,"B"就是单位圆formula_5上的一点。我们将通过证明"AB"与"BC" 垂直,即它们的斜率之积等于–1,来证明这个定理。计算"AB"和"BC"的斜率:  并证明它们的积等于–1:  注意以上证明过程中运用了毕达哥拉斯三角恒等式formula_9。

  此证明使用两线的向量形成直角三角形,当且仅当其内积为零。设有直角三角形"ABC",和以"AC"为直径的圆"O"。设"O"在原点,以方便计算。则"AB"和"BC"的内积为:  故"A"和"B"与圆心等距,即"B"在圆上。

  泰勒斯定理是「同弧所对的圆周角是圆心角的一半」的一个特殊情况。  以下是泰勒斯定理的一个相关定理:

  泰勒斯并非此定理的首名发现者,古埃及人和巴比伦人一定已知这特性,可是他们没有给出证明。
泰勒斯定理(英语:Thales' theorem)以古希腊思想家、科学家、哲学家泰勒斯的名字命名,其内容为:若"A", "B", "C"是圆周上的三点,且"AC"是该圆的直径,那么∠"ABC"必然为直角。或者说,直径所对的圆周角是直角。该定理在欧几里得《几何原本》第三卷中被提到并证明。