Bei isomeren Molekülen sind einander entsprechende Bestandteile (Atome, Atomgruppen) auf unterschiedliche Art und Weise miteinander verknüpft. Isomere Moleküle besitzen identische Summenformeln, aber unterschiedliche Strukturformeln. Im Beispiel ist dies für den Acetaldehyd und des entsprechende Enol dargestellt. Beide Moleküle besitzen dieselbe Summenformel, sind aber unterschiedlich aufgebaut.

Eine wichtige Sonderform der Isomerie ist die Stereoisomerie: die Bestandteile stereoisomerer Moleküle sind zwar auf identische Art und Weise miteinander verknüpft, sie sind aber unterschiedlich im Raum angeordnet. Wichtige Beispiele hierfür sind die cis-trans-Isomerie, sowie chirale Moleküle.