Мадуро, получивший 50,75% голосов против 49,1%, поданных за Каприлеса, призвал уважать результаты голосования.
Национальный избирательный совет Венесуэлы заявил, что результаты выборов, объявленные им вечером в воскресенье, являются необратимыми.
Российский президент Путин и кубинский лидер Рауль Кастро были в числе первых глав государств, поздравивших Николаса Мадуро с избранием.
Разрыв уменьшается
Разрыв между Мадуро и его соперником оказался ощутимо меньше прошлогоднего, когда в октябре Уго Чавес победил Каприлеса с разницей в 10%.
Но это не помешало сторонникам Мадуро всю ночь праздновать его победу. В Каракасе прошли красочные фейерверки, гудели машины.
Сторонники Каприлеса в ответ устроили шествие, стуча в сковородки и кастрюли.
Уго Чавес, скончавшийся от рака в начале марта, называл вице-президента Мадуро своим преемником. После смерти Чавеса он стал исполняющим обязанности главы государства.
Разногласия внутри извне
По словам корреспондента Би-би-си Уилла Гранта, перед новым лидером Венесуэлы стоят чрезвычайно сложные задачи.
Уровень инфляции в стране - один из самых высоких в Латинской Америке. Уровень преступности, особенно в Каракасе, также крайне высок.
Постоянные перебои с продовольствием и электроснабжением давно стали частью повседневной жизни венесуэльцев.
Однако наибольшую сложность представляет раскол в обществе, который после смерти Чавеса стал еще более очевидным, а оппозиция заявляет, что имеет полное право принимать участие в процессе принятия решений и в управлении страной.
Выступая у входа в президентский дворец, Николас Мадуро заявил, что результаты голосования являются законными и конституционными.
Он сообщил, что поговорил с соперником по телефону и согласился на проверку результатов выборов.
Почти сразу после объявления официальных результатов голосования один из членов Национального избирательного совета призвал власти произвести ручной пересчет поданных бюллетеней.
Результаты голосования вызвали разногласия и внутри Объединенной социалистической партии, от имени которой выдвигался Николас Мадуро.
Президент Национального собрания Диосдадо Кабелло, который считается главным соперником Мадуро в партии, заявил, что результаты выборов заставляют социалистов заняться глубокой самокритикой.
Николас Мадуро должен будет принести присягу 19 апреля. Он закончит шестилетний президентский срок, начатый Уго Чавесом, в январе 2019 года.
Айрин Каселли, Би-би-си, Каракас
Ожидание было долгим и напряженным. Слухи в социальных сетях множились. Обе стороны проявляли осторожность, но по всему городу сторонники кандидатов приступили к фейерверкам.
Даже у ступеней президентского дворца Мирафлорес ощущалась неопределенность. Люди стали собираться там уже вечером в воскресенье, но при этом они слушали радио, по которому объявляли подсчитанные голоса.
Официальные итоги голосования были объявлены Национальным избирательным советом по громкоговорителям, но люди не хотели слушать, с каким перевесом победил Мадуро.
На площади воцарилось ликование, все обнимались и бросали банки с пивом в воздух. Как сказала одна женщина: "Эта победа посвящается Уго Чавесу, нашему команданте, я голосовала за него".