Gli isomeri sono composti chimici che hanno le stesse formule molecolari, il che significa che sono composti dallo stesso numero degli stessi tipi di atomi, ma hanno strutture o disposizioni diverse nello spazio. Ad esempio, il pentano è un composto organico composto da cinque atomi di carbonio e 12 atomi di idrogeno. Due isomeri del pentano includono pentano non ramificato, in cui i carboni sono disposti in una catena lineare, e isopentano o metilbutano, in cui quattro atomi di carbonio sono disposti in una catena lineare mentre il quinto si dirama da uno degli atomi di carbonio interni. Entrambi hanno le stesse formule molecolari, ma le disposizioni effettive dei loro atomi sono diverse. Gli isomeri sono importanti perché composti con strutture diverse, anche se contengono gli stessi atomi, possono avere proprietà chimiche drasticamente diverse.
I composti con le stesse formule molecolari possono differire strutturalmente in due modi. In primo luogo, gli isomeri strutturali differiscono nelle disposizioni strutturali effettive degli atomi. I gruppi funzionali che compongono i composti sono uniti tra loro in modi diversi e con disposizioni diverse. Gli stereoisomeri, d’altra parte, sono disposti allo stesso modo in termini di posizione dei gruppi funzionali ma differiscono nelle loro posizioni relative nello spazio. Due molecole possono, ad esempio, avere gli stessi atomi e la stessa struttura, ma possono anche essere immagini speculari non sovrapposte l’una dell’altra e sarebbero quindi isomeri.
Gli isomeri sono molto importanti perché diversi composti, anche se hanno le stesse formule molecolari, possono avere proprietà chimiche diverse. Questo è vero anche per gli stereoisomeri, che sono, superficialmente, quasi identici. Un composto può, ad esempio, essere un importante ingrediente attivo in un farmaco mentre il suo isomero immagine speculare non sovrapposto può essere del tutto inefficace o addirittura dannoso. I composti con disposizioni diverse spesso reagiscono in modi drasticamente diversi con altri atomi e composti. Possono differire per le sostanze chimiche con cui reagiscono o per la velocità con cui reagiscono con le varie sostanze chimiche.
Molte reazioni chimiche producono un mix di diversi isomeri – questo è particolarmente vero per gli stereoisomeri – quindi i chimici devono spesso usare vari metodi per isolare il particolare isomero a cui sono interessati. Molti metodi diversi basati su varie proprietà chimiche possono essere utilizzati per separare gli isomeri. Alcuni composti con formule molecolari identiche possono, ad esempio, bollire a temperature diverse, quindi è possibile utilizzare la distillazione per separarli. Altri reagiscono con composti diversi, quindi è possibile utilizzare reazioni chimiche per rimuovere un isomero lasciando inalterato il composto di interesse.