Izomeryzm, istnienie cząsteczek, które mają tę samą liczbę tych samych rodzajów atomów (i stąd ten sam wzór), ale różnią się właściwościami chemicznymi i fizycznymi. Korzenie słowa izomer są greckie -isos plus meros, czyli „równe części”. Mówiąc kolokwialnie, izomery to związki chemiczne, które mają te same części, ale mimo to nie są takie same. Aby posłużyć się prostą analogią, dwie bransoletki, każda składająca się z pięciu czerwonych i pięciu zielonych koralików, mogą być ułożone w wiele różnych izomerów, w zależności od kolejności kolorów. Każda bransoletka miałaby te same części – to znaczy pięć czerwonych i pięć zielonych koralików – ale każda odmiana byłaby inna. Można też wyobrazić sobie kombinacje tych samych koralików, w których łańcuszki z zawieszkami byłyby przymocowane do bransoletki na różne sposoby. Można sobie wyobrazić dwie bransoletki w tej samej kolejności czerwono-zielonej, ale z identycznymi łańcuszkami przymocowanymi w różnych orientacjach. Takie struktury również byłyby analogiczne do izomerów. W bardziej subtelnej analogii, nasze ręce mogą być postrzegane jako izomery. Każda dłoń posiada te same rodzaje palców, ale prawa dłoń nigdy nie może być nałożona idealnie na lewą; są one różne.
Czas i energia są również czynnikami w izomerii. Molekuły to ruchome jednostki, przechodzące wszelkiego rodzaju ruchy rotacyjne, które zmieniają ich kształty, a te ruchy wymagają energii. Tak więc niektóre cząsteczki mogą być takie same w jednej skali czasowej lub w zestawie warunków energetycznych, ale różne, lub izomeryczne, w innych. Wreszcie, izomer musi być minimum energetycznym; musi leżeć w studni energetycznej.
Istnieją dwa ogólne rodzaje izomerów. Izomery konstytucyjne to cząsteczki o różnej łączności – analogicznie do prostych bransoletek, w których kolejność czerwonych i zielonych koralików jest różna. Drugim rodzajem są stereoizomery. W stereoizomerach łączność jest taka sama, ale części są inaczej zorientowane w przestrzeni.