Los isómeros estructurales son compuestos de la misma fórmula química que poseen diferentes estructuras y propiedades en función de cómo se ordenan sus átomos constituyentes. Por ejemplo, hay dos isómeros estructurales con la misma fórmula química C4H10, a saber, butano normal CH3CH2CH2CH3 y metilpropano (CH3) 2CHCH2CH3. Es interesante notar que el butano normal hierve a -0.5 grados Celsius, mientras que el metilpropano hierve a +28 grados Celsius. A medida que aumenta el número de átomos, aumenta el número de isómeros. Hay tres isómeros estructurales con la fórmula química C5H12, cinco con la fórmula C6H14 y nueve con la fórmula C7H16.
Los isómeros estructurales del carbono no se limitan solo al carbono y al hidrógeno, aunque esos son los casos más conocidos de isomería estructural. En el botiquín de la casa se puede encontrar C3H8O, o alcohol isopropílico, a veces identificado como «alcohol para frotar». Su fórmula estructural es CH3CH (OH) CH3. Además, hay alcohol n-propílico, CH3CH2CH2 (OH) e incluso metiletiléter, CH3OCH2CH3, aunque es probable que ninguno de estos dos compuestos se encuentre en el hogar. También hay isómeros estructurales de compuestos de carbono que contienen otros átomos.
Lo que hace posible tal abundancia de formas isoméricas es la capacidad de los átomos de algunos elementos, especialmente el carbono, para unirse entre sí. Esto se debe a la naturaleza de los enlaces entre los átomos. Los átomos de carbono adyacentes están unidos por enlaces covalentes, enlaces en los que los átomos participantes comparten electrones por igual, en lugar de transferirlos de un átomo a otro. Para ilustrar, en la sal de mesa ordinaria, NaCl, el átomo de sodio participante cede su único electrón disponible al átomo de cloro, y los dos átomos son atraídos electrostáticamente. No existe nada parecido entre los átomos de carbono unidos en el etano, C2H6.
El silicio y el boro poseen la misma capacidad de unirse entre sí sin transferencia de electrones. Los isómeros estructurales del silicio y el boro están bien ilustrados en los silanos, compuestos de silicio e hidrógeno, y los boranos, compuestos de boro e hidrógeno. Los compuestos de carbono e hidrógeno comienzan con la molécula de metano, CH4. De manera análoga a esto, los compuestos de silicio e hidrógeno comienzan con silano, SiH4. Curiosamente, los compuestos de boro e hidrógeno comienzan de manera diferente con el borano, BH3, un compuesto conocido solo en estado gaseoso que se dimeriza rápidamente para formar B2H6.
La capacidad de formar isómeros estructurales aumenta enormemente el número de posibles compuestos con una gama casi infinita de propiedades. En el caso del carbono, los isómeros estructurales posibilitan los compuestos de la vida. Para el silicio y el boro, la gran variedad de compuestos proporciona al mundo científico y manufacturero una gran cantidad de reactivos. Una aplicación de los derivados del silano es en los recubrimientos que permiten que se adhieran materiales biológicamente inocuos a las estructuras de los implantes de titanio. En cuanto a los boranos, pueden utilizarse en síntesis orgánicas especializadas, en pilas de combustible exóticas e incluso como combustible de cohetes.