Τα ισομερή είναι χημικές ενώσεις που έχουν τους ίδιους μοριακούς τύπους – που σημαίνει ότι αποτελούνται από τον ίδιο αριθμό των ίδιων τύπων ατόμων – αλλά έχουν διαφορετικές δομές ή διατάξεις στο διάστημα. Για παράδειγμα, το πεντάνιο είναι μια οργανική ένωση που αποτελείται από πέντε άτομα άνθρακα και 12 άτομα υδρογόνου. Δύο ισομερή του πεντανίου περιλαμβάνουν το μη διακλαδισμένο πεντάνιο, στο οποίο οι άνθρακες είναι διατεταγμένοι σε μια γραμμική αλυσίδα, και το ισοπεντάνιο ή μεθυλοβουτάνιο, στο οποίο τέσσερις άνθρακες είναι διατεταγμένοι σε μια γραμμική αλυσίδα ενώ ο πέμπτος διακλαδίζεται από ένα από τα εσωτερικά άτομα άνθρακα. Και οι δύο έχουν τους ίδιους μοριακούς τύπους, αλλά οι πραγματικές διατάξεις των ατόμων τους είναι διαφορετικές. Τα ισομερή είναι σημαντικά επειδή ενώσεις με διαφορετικές δομές, ακόμη και αν περιέχουν τα ίδια άτομα, μπορεί να έχουν δραστικά διαφορετικές χημικές ιδιότητες.
Οι ενώσεις με τους ίδιους μοριακούς τύπους μπορεί να διαφέρουν δομικά με δύο τρόπους. Πρώτον, τα δομικά ισομερή διαφέρουν στις πραγματικές δομικές διατάξεις των ατόμων. Οι λειτουργικές ομάδες που συνθέτουν τις ενώσεις ενώνονται μεταξύ τους με διαφορετικούς τρόπους και με διαφορετικές διατάξεις. Τα στερεοϊσομερή, από την άλλη πλευρά, είναι διατεταγμένα με τον ίδιο τρόπο ως προς τη θέση των λειτουργικών ομάδων αλλά διαφέρουν ως προς τις σχετικές θέσεις τους στο χώρο. Δύο μόρια μπορεί, για παράδειγμα, να έχουν τα ίδια άτομα και την ίδια δομή, αλλά μπορεί επίσης να είναι μη επικαλυπτόμενα κατοπτρικά είδωλα το ένα του άλλου και, επομένως, θα είναι ισομερή.
Τα ισομερή είναι πολύ σημαντικά γιατί διαφορετικές ενώσεις, ακόμη και αν έχουν τους ίδιους μοριακούς τύπους, μπορεί να έχουν διαφορετικές χημικές ιδιότητες. Αυτό ισχύει ακόμη και για τα στερεοϊσομερή, τα οποία είναι, επιφανειακά, σχεδόν πανομοιότυπα. Μια ένωση μπορεί, για παράδειγμα, να είναι ένα σημαντικό δραστικό συστατικό σε ένα φάρμακο, ενώ το μη επικαλυπτόμενο ισομερές κατοπτρικής εικόνας της μπορεί να είναι εντελώς αναποτελεσματικό ή ακόμη και επιβλαβές. Οι ενώσεις με διαφορετικές διατάξεις αντιδρούν συχνά με δραστικά διαφορετικούς τρόπους με άλλα άτομα και ενώσεις. Μπορεί να διαφέρουν ως προς τις χημικές ουσίες με τις οποίες αντιδρούν ή ως προς τον ρυθμό με τον οποίο αντιδρούν με διάφορες χημικές ουσίες.
Πολλές χημικές αντιδράσεις παράγουν ένα μείγμα διαφορετικών ισομερών – αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τα στερεοϊσομερή – έτσι οι χημικοί πρέπει συχνά να χρησιμοποιούν διάφορες μεθόδους για να απομονώσουν το συγκεκριμένο ισομερές για το οποίο ενδιαφέρονται. Πολλές διαφορετικές μέθοδοι που βασίζονται σε διάφορες χημικές ιδιότητες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον διαχωρισμό ισομερών. Ορισμένες ενώσεις με πανομοιότυπους μοριακούς τύπους μπορεί, για παράδειγμα, να βράζουν σε διαφορετικές θερμοκρασίες, επομένως η απόσταξη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον διαχωρισμό τους. Άλλες αντιδρούν με διαφορετικές ενώσεις, επομένως οι χημικές αντιδράσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την απομάκρυνση ενός ισομερούς, αφήνοντας αναλλοίωτη την ένωση που μας ενδιαφέρει.