Isomerisme, het bestaan van moleculen die dezelfde aantallen van dezelfde soorten atomen hebben (en dus dezelfde formule) maar verschillen in chemische en fysische eigenschappen. De oorsprong van het woord isomer is Grieks-isos plus meros, of “gelijke delen”. In de volksmond zijn isomeren chemische verbindingen die dezelfde delen hebben, maar toch niet hetzelfde zijn. Om een ruwe analogie te maken: twee armbanden, elk bestaande uit vijf rode en vijf groene kralen, zouden in veel verschillende isomere vormen kunnen worden gerangschikt, afhankelijk van de volgorde van de kleuren. Elke armband zou dezelfde onderdelen hebben – dat wil zeggen, de vijf rode en vijf groene kralen – maar elke variatie zou verschillend zijn. Men zou zich ook combinaties van diezelfde kralen kunnen voorstellen, waarbij hanger- kettingen op verschillende manieren aan een armband zouden worden bevestigd. Men zou zich twee armbanden kunnen voorstellen van dezelfde rood-groene orde, maar met identieke kettingen bevestigd in verschillende oriëntaties. Dergelijke structuren zouden ook analoog zijn aan isomeren. Een subtielere analogie is dat iemands handen als isomeren kunnen worden gezien. Elke hand heeft dezelfde soort vingers, maar een rechterhand kan nooit perfect op een linkerhand worden gelegd; ze zijn verschillend.
Timing en energie zijn ook factoren bij isomerisme. Moleculen zijn beweeglijke entiteiten, die allerlei rotatiebewegingen ondergaan waardoor hun vorm verandert, en die bewegingen vergen energie. Zo kunnen sommige moleculen hetzelfde zijn op een bepaalde tijdschaal of onder bepaalde energieomstandigheden, maar verschillend, of isomerisch, op andere. Tenslotte moet een isomeer een energieminimum zijn; het moet in een energieput liggen.
Er zijn twee algemene soorten isomeren. Constitutionele isomeren zijn moleculen met een verschillende connectiviteit – analoog aan eenvoudige armbanden waarin de volgorde van de rode en groene kralen verschillend is. Het tweede type is stereoisomeren. Bij stereoisomeren is de connectiviteit hetzelfde, maar zijn de delen verschillend georiënteerd in de ruimte.