Lua支持“尾調用消除（tail-call elimination）”。
尾調用（tail call）：當一個函數調用是另一個函數的最后一個動作時，該調用才算是一條“尾調用”。例如，下面的代碼就是一條“尾調用”：
function f (x) return g(x) end
也就是說，當f調用完g之后就再無其他事情可做了。因此在這種情況下，程序就不需要返回那個“尾調用”所在的函數了。所以在“尾調用”之后，程序也不需要保存任何關於該函數的棧（stack）信息了。當g返回時，執行控制權可以直接返回到調用f的那個點上。有一些語言實現（例如Lua解釋器）可以得益於這個特點，使得在進行“尾調用”時不好非任何棧空間。將這種實現稱為支持“尾調用消除”。
由於“尾調用”不會耗費棧空間，所以一個程序可以擁有無數嵌套的“尾調用”。例如，在第哦用以下函數時，傳入任何數字作為參數都不會造成棧溢出：
function foo (n) if n > 0 then return foo(n-1) end end
判斷當前的調用是一條“尾調用”的准則：一個函數在調用完另一個函數之后，是否就無其他事情需要做了。
例如，下面的代碼就不是一條“尾調用”：
function f (x) g(x) end
這個示例的問題在於，當調用完g后，f並不能立即返回，它還需要丟棄g返回的臨時結果。類似的，以下所有調用也都不符合上述准則：
return g(x) + 1 -- 必須做一次加法 return x or g(x) -- 必須調整為一個返回值 return (g(x)) -- 必須調整為一個返回值
在Lua中，只有“return <func>(<args>)”這樣的調用形式才算是一條“尾調用”。Lua會在調用前對<func>及其參數求值，所以它們可以是任意復雜的表達式。舉例來說，下買的呢調用就是一條“尾調用”：
return x[i].foo(x[j] + a*b , i + j)
[“尾調用” 迷宮游戲示例]
“尾調用”類似一條goto語句。在Lua中“尾調用”的已答應永久是編寫“狀態機（state machine）”。這種程序通常以一個函數來表示一個狀態，改變狀態就是goto（或調用）到另一個特定的函數。舉一個簡單的迷宮游戲的例子來說明這個問題。例如，一個迷宮有幾間房間，每間房間中最多有東南西北4扇門。用戶在每一步移動中都需要輸入一個移動的方向。如果在某個方向上有門，那么用乎可以進入相應的房間；不然，程序就打印一條警告。游戲目標就是讓用戶從最初的房間走到最終的房間。
這個游戲就是一種典型的狀態機，其中當前房間就是一個狀態。可以將迷宮中的沒見房間實現為一個函數，並使用“尾調用”來實現從一件房間移動到另一間房間。在以下代碼中，實現一個具有4間房間的迷宮：
function room1 () local move = io.read() if move == "sourth" then return room3() elseif move == "east" then return room2() else print("invalid move") return room1() -- stay in the same room end end function room2() local move = io.read() if move == "sourth" then return room4() elseif move == "west" then return room1() else print("invalid move") return room2() end end function room3() local move = io.read() if move == "north" then return room1() elseif move == "east" then return room4() else print("invalid move") return room3() end end function room4() print("congratulations!") end
通過調用出世房間來開始這個游戲：
room1()
若沒有“尾調用消除”的話，每次用戶的移動都會創建一個新的棧層（stack level），移動若干步之后就有可能會導致棧溢出。而“尾調用消除”則對用戶已動的次數沒有限制。這是因為每次移動實際上都只是完成一條goto語句到另一個函數，而非傳統的函數調用。
對於這個簡單的游戲而言，或許會覺得將程序設計為數據驅動的會更好玩一點，其中將房間和移動記錄在一些table中。不過，如果游戲中的沒見房間都有個字特殊的情況的話，采用這種狀態機的設計會更為合適。