A análise semântica trata a entrada sintática e transforma-a numa representação mais simples e mais adaptada a geração de código. Esta camada do compilador fica igualmente encarregada de analisar a utilização dos identificadores e de ligar cada uma delas a sua declaração. Nesta situação verificar-se que o programa respeita as regras de visibilidade e de porte dos identificadores. Nesta fase é também esperado que no processo da compilação verifique que cada expressão definida tenha um tipo adequado conforme as regras próprias da linguagem.

O objetivo da análise semântica é trabalhar nesse nível de inter-relacionamento entre partes distintas do programa. As tarefas básicas desempenhada durante a análise semântica incluem a verificação de tipos, a verificação do fluxo de controle e a verificação da unicidade da declaração de variáveis. Dependendo da linguagem de programação, outros tipos de verificações podem ser necessários.