Isomerie, die Existenz von Molekülen, die die gleiche Anzahl der gleichen Arten von Atomen (und damit die gleiche Formel) haben, sich aber in chemischen und physikalischen Eigenschaften unterscheiden. Die Wurzeln des Wortes Isomer sind griechisch – isos plus meros, also „gleiche Teile“. Umgangssprachlich ausgedrückt, sind Isomere chemische Verbindungen, die die gleichen Teile haben, aber dennoch nicht gleich sind. Um eine grobe Analogie herzustellen, könnten zwei Armbänder, die jeweils aus fünf roten und fünf grünen Perlen bestehen, in vielen verschiedenen isomeren Formen angeordnet werden, je nach Reihenfolge der Farben. Jedes Armband hätte die gleichen Teile – also die fünf roten und fünf grünen Perlen -, aber jede Variante wäre anders. Man könnte sich auch Kombinationen dieser gleichen Perlen vorstellen, bei denen die Anhängerketten auf verschiedene Weise an einem Armband befestigt sind. Man könnte sich zwei Armbänder mit der gleichen rot-grünen Anordnung vorstellen, aber mit identischen Ketten, die in unterschiedlichen Ausrichtungen angebracht sind. Solche Strukturen wären ebenfalls analog zu Isomeren. In einer subtileren Analogie kann man sich die Hände als Isomere vorstellen. Jede Hand besitzt die gleiche Art von Fingern, aber eine rechte Hand kann niemals perfekt über eine linke Hand gelegt werden; sie sind unterschiedlich.
Zeit und Energie sind ebenfalls Faktoren der Isomerie. Moleküle sind bewegliche Gebilde, die alle Arten von Rotationsbewegungen ausführen, die ihre Form verändern, und diese Bewegungen erfordern Energie. Daher können einige Moleküle auf einer Zeitskala oder unter bestimmten Energiebedingungen gleich sein, während sie sich auf einer anderen Zeitskala oder unter anderen Energiebedingungen unterscheiden, also isomer sind. Schließlich muss ein Isomer ein Energieminimum sein; es muss in einem Energietopf liegen.
Es gibt zwei allgemeine Arten von Isomeren. Konstitutionelle Isomere sind Moleküle mit unterschiedlicher Konnektivität – analog zu einfachen Armbändern, bei denen die Reihenfolge der roten und grünen Perlen unterschiedlich ist. Der zweite Typ sind Stereoisomere. Bei Stereoisomeren ist die Konnektivität gleich, aber die Teile sind unterschiedlich im Raum orientiert.