Gli isomeri sono molecole con la stessa formula molecolare ma diverse disposizioni strutturali. Gli isomeri possono essere ulteriormente classificati in isomeri costituzionali e stereoisomeri. Gli isomeri costituzionali differiscono nella connettività dei loro atomi costituenti. Ad esempio, il 2-butanolo e l'etere etilico sono isomeri costituzionali, poiché hanno la stessa formula chimica, C4H10O, ma differiscono nella connettività degli atomi di carbonio e ossigeno. Gli isomeri costituzionali hanno proprietà fisiche e chimiche diverse.
Gli stereoisomeri sono molecole che hanno la stessa formula chimica e la stessa connettività dei loro atomi costituenti ma differiscono nella disposizione spaziale. Gli isomeri cis e trans di un composto, come cis-2-butene e trans-2-butene, sono esempi di stereoisomeri. Qui, le molecole cis e trans hanno la stessa formula chimica e connettività ma presentano orientamenti spaziali diversi.
Anche le molecole chirali e le loro immagini speculari sono esempi di stereoisomeri, poiché non sono sovrapponibili l'una all'altra e di conseguenza mostrano orientamenti spaziali diversi. Va notato che gli stereoisomeri sono molecole diverse e non si interconvertono facilmente l'uno nell'altro. Al contrario, diverse conformazioni di una molecola si interconvertono facilmente e sono tutte la stessa molecola.