Izomery, które różnią się sposobem lub kolejnością wiązań chemicznych są nazywane izomerami strukturalnymi lub izomerami konstytucyjnymi. Na przykład metoksyetan ( \( \ce{CH}_{3}\ce{-O-CH}_{2}\ce{CH}_{3} \)) jest izomerem strukturalnym propanolu ( \( \ce{CH}{_3}\ce{CH}{_2}\ce{CH}{_2}\ce{OH} \)). Ten typ izomerii obejmuje:

• izomerię funkcyjną, np. propanon \( (\ce{CH}{_3}\ce{C(}{=}\ce{O)CH}{_3} \)) i propanal \( (\ce{CH}{_3}\ce{CH}{_2}\ce{C(=O)H}) \) lub pent-1-en \( (\ce{CH}{_2}\ce{=CHCH}{_2}\ce{CH}_{2}\ce{CH}{_3}) \) i pent-2-en \( (\ce{CH}{_3}\ce{CH\bond{#}CHCH}{_2}\ce{CH}_{3} \));
• izomerię położenia podstawnika, np. propanol \( (\ce{CH}{_3}\ce{CH}{_2}\ce{CH}_{2}\ce{OH} \)) i 2-propanol \( (\ce{CH}{_3}\ce{CH}{_2}\ce{CH(-OH)CH}{_3}) \),
• liniową, np. n-butan \( (\ce{CH}{_3}\ce{CH}{_2}\ce{CH}_{2}\ce{CH}{_3}) \) i izobutan \( (\ce{CH}{_3}\ce{CH(-CH}{_3}\ce{)CH}{_3} \)) oraz
• rozgałęzioną (np. metylocyklopentan ( Rys. 1A); dla uproszczenia atomy H zostały pominięte) i cykloheksan ( Rys. 1B). Cykloalkany zawierające co najmniej cztery atomy węgla w pierścieniu węglowym podstawionym przez dwa te same atomy lub grupy atomów wykazują izomerię geometryczną (np. 1,2-dimetylocykloheksan ( Rys. 1C) i 1,3-dimetylocykloheksan ( Rys. 1D).

Izomery, które różnią się układem atomów w przestrzeni nazywane są stereoizomerami. Ten typ izomerii obejmuje: izomerię geometryczną związków o podwójnym wiązaniu, izomerię geometryczną podstawionych związków pierścieniowych, izomerię konformacyjną związków pierścieniowych i izomerię optyczną. Izomeria geometryczna występuje, gdy dwa atomy węgla połączone wiązaniem podwójnym są podstawione dwoma różnymi atomami lub grupami atomów lub gdy dwa różne atomy lub grupy atomów są przyłączone do pierścienia związku. Atomy lub grupy atomów znajdują się w pozycji \( {cis} \), gdy leżą po tej samej stronie płaszczyzny odniesienia przechodzącej przez wiązanie podwójne lub płaszczyzny odniesienia pierścienia. Gdy atomy lub grupy atomów leżą po przeciwnych stronach wyżej wspomnianych płaszczyzn odniesienia przyjmują one pozycję \( {trans} \). Płaszczyzna odniesienia jest płaszczyzną przechodzącą przez atomy związane podwójnie, prostopadłą do płaszczyzny, w której leżą te atomy i atomy bezpośrednio przyłączone do nich ( Rys. 2A). W związkach cyklicznych płaszczyzna odniesienia jest płaszczyzną, w której leży szkielet pierścienia (lub jest położony w przybliżeniu) ( Rys. 2B).

Większość związków organicznych jest chiralna.

Chiralność w związkach organicznych objawia się faktem, że cząsteczka początkowa i jej odbicie lustrzane nie są identyczne. To znaczy, cząsteczka początkowa i jej odbicie lustrzane nie mogą zachodzić na siebie w wyniku translacji i rotacji w przestrzeni. Cząsteczki chiralne występują w postaci dwóch izomerów optycznych zwanych enancjomerami. Pary enancjomerów są często określane jako "praworęczne" (R–) i "leworęczne" (L–) ( Rys. 3 ). W celu określenia typu enancjomeru (L– lub R–), podstawniki przyłączone do asymetrycznego atomu węgla należy ustawić w kolejności malejącej liczby atomowej (np. w kwasie 2-chloropropanowym: \( \ce{-Cl} > \ce{-COOH} > \ce{-CH_3} > \ce{-H} \), gdzie znak ">" oznacza "ma pierwszeństwo przed"). Następnie, cząsteczkę modelową należy obserwować od strony przeciwnej względem podstawnika wskazanego, jako ostatni (najlżejszy) (np. w kwasie 2-chloropropanowym: \( \ce{-H} \)). Później, należy wyznaczyć kierunek idąc od pierwszego podstawnika (o najwyższej liczbie atomowej) do podstawnika ostatniego, najlżejszego. Kierunek wyznaczony zgodny z kierunkiem ruchu wskazówek zegara daje izomer R–, podczas gdy kierunek przeciwny do kierunku ruchu wskazówek zegara określa izomer L–. Gdy dwa różne podstawniki różnią się tylko masą atomową, cięższy podstawnik ma pierwszeństwo. Jeżeli centrum chiralne jest związane z dwoma, trzema lub czterema identycznymi atomami (to znaczy z atomem węgla np. w \( \ce{-COOH} \) i \( \ce{-CH}{_3} \) ) to należy porównać masy atomowe kolejnych atomów związanych z tym atomem węgla (np. O i H ⇒ O (w \( \ce{-COOH} \) ) > H (w \( \ce{-CH}{_3} \) )).