Eine homologe Reihe bezieht sich auf organische Moleküle oder Verbindungen mit einer ähnlichen Summenformel, die dazu führt, dass die Verbindungen ähnliche chemische Eigenschaften aufweisen. Mit zunehmender Molekülgröße der Verbindung innerhalb der homologen Reihe ändern sich auch die physikalischen Eigenschaften allmählich. Der Hauptunterschied zwischen Verbindungen in solchen Reihen ist die Hinzufügung einer zusätzlichen Kohlenstoff- und Diwasserstoffgruppe, CH2.
Viele verschiedene Arten von Verbindungen haben homologe Reihen. Die gebräuchlichsten Reihen umfassen Alkane, Ether und Alkohole; andere homologe Reihen umfassen Alkene oder Olefine und Alkine und Carbonsäuren. Alkane sind Verbindungen, die nur Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten, die durch Einfachbindungen verbunden sind. Ether sind Verbindungen mit einer funktionellen Ethergruppe, bestehend aus einem Sauerstoff, der entweder an zwei Alkan- oder an zwei Arylverbindungen gebunden ist, dargestellt als RO-R‘. R und R‘ beziehen sich auf die verschiedenen Alkan- oder Arylverbindungen.
Alkohole enthalten eine funktionelle Gruppe, die aus einem an einen Wasserstoff (-OH) gebundenen Sauerstoff besteht, und Alkene haben eine funktionelle Gruppe eines Kohlenstoffs, der an einen anderen Kohlenstoff doppelt gebunden ist (C=C). Alkine sind Alkenen ähnlich, obwohl die funktionelle Gruppe aus einem Kohlenstoffmolekül mit einer Dreifachbindung zu einem anderen Kohlenstoffmolekül besteht. Carbonsäuren sind Säuren, die mindestens eine Carboxylgruppe (-COOH) enthalten.
Die Verbindungen in der Reihe unterscheiden sich um eine CH2-Einheit und eine bestimmte Molekülmasse. Die Alkanreihe beginnt mit Methan, mit einer Summenformel von CH4 und einer Masse von 16.04. Die nächste Verbindung ist Ethan mit der Formel C2H6 und einer Masse von 30.07. Es folgen Butan, Formel C4H10 und Masse 58.12, und Pentan, Formel C5H12 und Masse 72.15. Wie man sieht, enthält Ethan einen Kohlenstoff mehr und zwei mehr Wasserstoff als Methan und hat eine Masse von 14 mehr als Methan. Das gleiche geschieht zwischen Ethan und Butan sowie Butan und Pentan.
Auch die physikalischen Eigenschaften dieser Verbindungen ändern sich allmählich, wenn die Moleküle größer werden. Typischerweise nimmt mit zunehmender Länge der Kohlenstoffkette die Fähigkeit der Verbindung, sich in Wasser zu lösen, ab, obwohl dies auch von der chemischen Natur der funktionellen Gruppe abhängt, da einige funktionelle Gruppen in Wasser besser löslich sind als andere. Wenn die Kohlenstoffketten innerhalb der homologen Reihe länger werden, ändert sich der Siedepunkt der Verbindung. Während er in vielen Fällen zunimmt, beginnt der Siedepunkt zu sinken, wenn die Kohlenstoffkette beginnt, sich zu verzweigen. Dies ist nur eine der Ausnahmen innerhalb der physischen Änderungen.