Kleene tételének fő tézise : "A reguláris halmazok és az automata nyelvek osztályai egybeesnek."
Legyen tetszőleges ábécé. A nyelv akkor és csak akkor része a reguláris nyelvek ábécében való félbesorolásának, ha ezt valamilyen véges automata megengedi.
Bármely állapotgép átmenet gráf mindig ábrázolható normalizált formában, amelyben csak egy kezdeti csúcs van csak kimenő élekkel és csak egy végső csúcs csak bejövő élekkel.
A normalizált formában bemutatott átmeneti gráfon két redukciós művelet végezhető el - élcsökkentés és csúcsredukció - az átmeneti gráf által megengedett nyelv megőrzése mellett. Minden redukciós művelet nem változtatja meg az átmeneti gráf által felismert nyelvet, hanem csökkenti vagy az élek számát, vagy a csúcsok számát.
Ezért minden automata nyelv reguláris halmaz.
Minden R reguláris kifejezéshez készíthető egy véges automata (esetleg nem determinisztikus), amely felismeri az R által megadott nyelvet. Az ilyen automatákat rekurzívan fogjuk definiálni.
Ezért minden reguláris halmaz automata nyelv. A tétel bizonyítást nyert.