Nicusor Dan, EU- och NATO-vänlig matematiker och nuvarande borgmästare i Bukarest, uppges ha fått drygt 54 procent av rösterna. Valdeltagandet låg på 64 procent.
Hans motståndare, högernationalisten George Simion, ifrågasätter resultatet.
– Min vinst var tydlig, säger han enligt nyhetsbyrån Reuters.
Simion vann stort i första valomgången och sågs av många som favorit. Han leder partiet AUN och är både EU-skeptisk och Trumpvänlig.
Efter tidigare valkaos i höstas, då högerkandidaten Calin Georgescu vann men valet ogiltigförklarades på grund av misstänkt påverkan från Ryssland, är läget spänt.
Rumäniens regering anklagar nu Ryssland för att försöka påverka även detta val.
"Under Rumäniens pågående presidentval ser vi återigen tecknen på rysk inblandning", skriver en talesperson för utrikesdepartementet på X.
Samtidigt framkommer det att EU och Frankrike i själva verket försökt påverka valet. Telegram-grundaren Pavel Durov uppger för Reuters att han kontaktades av chefen för Frankrikes underrättelsetjänst som bad honom delta i en operation för att sabotera konservativa rösters opinionsbildning inför det rumänska valet, rapporterar nyhetsbyrån.
