在复分析中，留数定理是用来计算解析函数沿着闭曲线的路径积分的一个有力的工具，也可以用来计算实函数的积分。它是柯西积分定理和柯西积分公式的推广。

假设是复平面上的一个单连通开子集， ，是复平面上有限个点，是定义在 的全纯函数。如果是一条把 包围起来的可求长曲线,但不经过任何一个，并且其起点与终点重合，那么：

如果是若尔当曲线，那么, 因此：

在这里，表示在点的留数，表示关于点的卷绕数。卷绕数是一个整数，它描述了曲线绕过点的次数。如果依逆时针方向绕着移动，卷绕数就是一个正数，如果根本不绕过，卷绕数就是零。

以下的积分

在计算柯西分布的特征函数时会出现，用初等的微积分是不可能把它计算出来的。我们把这个积分表示成一个路径积分的极限，积分路径为沿着实直线从−a到a，然后再依逆时针方向沿着以0为中心的半圆从a到−a。取a为大于1，使得虚数单位i包围在曲线里面。路径积分为：

由于是一个整函数（没有任何奇点），这个函数仅当分母为零时才具有奇点。由于，因此这个函数在或时具有奇点。这两个点只有一个在路径所包围的区域中。

由于是

在的留数是：

根据留数定理，我们有：

路径可以分为一个“直”的部分和一个曲线弧，使得：

因此

如果，那么当半圆的半径趋于无穷大时，沿半圆路径的积分趋于零：

因此，如果，那么：

类似地，如果曲线是绕过而不是，那么可以证明如果，则

因此我们有：

（如果，这个积分就可以很快用初等方法算出来，它的值为。）