Đặt hình chữ nhật ABCD như hình vẽ.

Vì ABCD là hình chữ nhật nên cả bốn góc đều là góc vuông.
Xét cạnh AB và CD: AB ⊥ AD và CD ⊥ AD, suy ra AB // CD.
Xét cạnh AD và BC: AB ⊥ AD và AB ⊥ BC, suy ra AD // BC.
Vì ABCD có AD // BC và AB // CD nên ABCD là hình bình hành.
Vì AB // CD nên ABCD là hình thang. Hình thang ABCD có hai cạnh bên AD = BC (tính chất hình bình hành), nên ABCD là hình thang cân.
Kết luận: Hình chữ nhật ABCD vừa là hình bình hành nên hai đường chéo cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường, vừa là hình thang cân nên hai đường chéo bằng nhau. Do đó hai đường chéo của hình chữ nhật bằng nhau và cắt nhau tại trung điểm của mỗi đường.