Izomerii sunt compuși chimici care au aceleași formule moleculare – ceea ce înseamnă că sunt compuși din același număr de aceleași tipuri de atomi – dar au structuri sau aranjamente diferite în spațiu. De exemplu, pentanul este un compus organic compus din cinci atomi de carbon și 12 atomi de hidrogen. Doi izomeri ai pentanului includ pentanul neramificat, în care carbonii sunt aranjați într-un lanț liniar și izopentanul sau metilbutanul, în care patru atomi de carbon sunt aranjați într-un lanț liniar, în timp ce al cincilea se ramifică dintr-unul dintre atomii de carbon interiori. Ambele au aceleași formule moleculare, dar aranjamentele reale ale atomilor lor sunt diferite. Izomerii sunt importanți deoarece compușii cu structuri diferite, chiar dacă conțin aceiași atomi, pot avea proprietăți chimice drastic diferite.
Compușii cu aceleași formule moleculare pot diferi structural în două moduri. În primul rând, izomerii structurali diferă în aranjamentele structurale reale ale atomilor. Grupările funcționale care alcătuiesc compușii sunt unite între ele în moduri diferite și în aranjamente diferite. Stereoizomerii, pe de altă parte, sunt aranjați în același mod în ceea ce privește poziția grupurilor funcționale, dar diferă în pozițiile lor relative în spațiu. Două molecule pot, de exemplu, să aibă aceiași atomi și aceeași structură, dar pot fi, de asemenea, imagini în oglindă care nu se suprapun între ele și, prin urmare, ar fi izomeri.
Izomerii sunt foarte importanți deoarece compuși diferiți, chiar dacă au aceleași formule moleculare, pot avea proprietăți chimice diferite. Acest lucru este valabil chiar și pentru stereoizomerii, care sunt, superficial, aproape identici. Un compus poate fi, de exemplu, un ingredient activ important într-un medicament, în timp ce izomerul său de imagine în oglindă care nu se suprapune poate fi complet ineficient sau chiar dăunător. Compușii cu aranjamente diferite reacționează adesea în moduri drastic diferite cu alți atomi și compuși. Ele pot diferi în ceea ce privește substanțele chimice cu care reacționează sau în ratele cu care reacționează cu diferite substanțe chimice.
Multe reacții chimice produc un amestec de izomeri diferiți – acest lucru este valabil în special pentru stereoizomerii – așa că chimiștii trebuie să folosească adesea diferite metode pentru a izola izomerul particular în care sunt interesați. Multe metode diferite bazate pe diferite proprietăți chimice pot fi utilizate pentru a separa izomerii. Unii compuși cu formule moleculare identice pot, de exemplu, să fiarbă la temperaturi diferite, astfel încât distilarea poate fi folosită pentru a le separa. Alții reacționează cu diferiți compuși, astfel încât reacțiile chimice pot fi utilizate pentru a elimina un izomer, lăsând compusul de interes nealterat.