Također se naziva cis-trans izomer, geometrijski izomer je vrsta stereoizomera koji ima dva stanja. Izomeri su molekule koje imaju istu molekularnu formulu, ali se razlikuju po svojoj molekularnoj strukturi. Stereoizomer je vrsta izomera u kojoj se atomi pojavljuju istim redoslijedom, ali su i dalje strukturno različiti. U slučaju geometrijskih izomera, molekule tvore oblik stepenica ili U oblik.
Obično se javljaju u molekulama s dvostrukim vezama ugljik-ugljik, geometrijski izomeri mogu se pojaviti u bilo kojoj tvari koja ima dva središnja atoma s dvostrukom ili trostrukom vezom. Jednostruke veze, koje stvaraju dva atoma koji dijele elektron, omogućuju molekulama da se vrte oko svoje osi, što se naziva slobodna rotacija. Slobodna rotacija omogućuje različite strukturne konfiguracije molekula iako su atomi povezani na potpuno isti način. Molekule s jednostruko vezanim središnjim atomima koji pokazuju različite strukture mogu se činiti geometrijskim izomeri, ali zapravo su jednostavno ista molekula koja se ukrivila u svojoj vezi.
Dvostruke veze, koje stvaraju dva atoma koji dijele dva elektrona, ne dopuštaju slobodnu rotaciju. Budući da je njihova rotacija ograničena, molekule s dvostrukim vezama ne mogu se uvijati kako bi oblikovale različite oblike, tako da su one koje imaju različit strukturni raspored strukturno različite molekule. U geometrijskim izomerima, atom – ili češće skupina atoma – vezan je za svaki od središnjih atoma. Time se stvaraju dvije vrste struktura.
U prvom je skupina atoma vezana za središnji atom na istom mjestu za oba atoma, pa je svaka strana molekule zrcalna slika druge. To stvara molekulu U oblika ili cis izomer. U drugoj strukturi, skupine atoma su vezane na suprotnim mjestima na središnjim molekulama, stvarajući strukturu stepenica.
Na primjer, najjednostavniji geometrijski izomeri su but-2-en, izomeri plina butena, koji se nalazi u ulju. Buten, C4H8 ima četiri izomera, od kojih su dva geometrijska izomera. Oba središnji atoma u but-2-enu su ugljik, spojeni dvostrukom vezom. Na svaki atom ugljika vezan je atom vodika i molekula CH3. U cis-but-2-enu, molekule CH3 nalaze se na istoj strani svakog atoma ugljika, tvoreći U oblik. U trans-but-2-enu, molekule CH3 smještene su na suprotnim stranama, tvoreći oblik stepenica.
Geometrijski izomeri međusobno se ponašaju različito. Na primjer, cis i trans but-2-en, imaju različite točke vrenja i taljenja. Temperatura na kojoj cis izomer ključa je 39.2°F (4°C) i njegova temperatura taljenja je -218°F (-139°C), dok će trans izomer ključati na 33.8°F (1°C) i rastopiti se na -157°F (-105°C).