Izomeri su kemijski spojevi koji imaju iste molekularne formule – što znači da se sastoje od istog broja istih vrsta atoma – ali imaju različite strukture ili rasporede u prostoru. Na primjer, pentan je organski spoj sastavljen od pet atoma ugljika i 12 atoma vodika. Dva izomera pentana uključuju nerazgranati pentan, u kojem su ugljici raspoređeni u linearni lanac, i izopentan ili metilbutan, u kojem su četiri ugljika raspoređena u linearni lanac dok se peti grana od jednog od unutarnjih ugljikovih atoma. Oba imaju iste molekularne formule, ali stvarni raspored njihovih atoma je drugačiji. Izomeri su važni jer spojevi s različitim strukturama, čak i ako sadrže iste atome, mogu imati drastično različita kemijska svojstva.
Spojevi s istim molekularnim formulama mogu se strukturno razlikovati na dva načina. Prvo, strukturni izomeri se razlikuju po stvarnom strukturnom rasporedu atoma. Funkcionalne skupine koje čine spojeve spojene su na različite načine i u različitim rasporedima. Stereoizomeri su, s druge strane, raspoređeni na isti način u smislu položaja funkcionalnih skupina, ali se razlikuju po relativnom položaju u prostoru. Dvije molekule mogu, na primjer, imati iste atome i istu strukturu, ali također mogu biti jedna drugoj nepreklapajuće zrcalne slike i stoga bi bile izomeri.
Izomeri su vrlo važni jer različiti spojevi, čak i ako imaju iste molekularne formule, mogu imati različita kemijska svojstva. To vrijedi čak i za stereoizomere, koji su, površno, gotovo identični. Jedan spoj može, na primjer, biti važan aktivni sastojak u lijeku, dok njegov izomer koji se ne preklapa može biti potpuno neučinkovit ili čak štetan. Spojevi s različitim rasporedom često reagiraju na drastično različite načine s drugim atomima i spojevima. Mogu se razlikovati po tome s kojim kemikalijama reagiraju ili u brzinama kojima reagiraju s različitim kemikalijama.
Mnoge kemijske reakcije proizvode mješavinu različitih izomera – to se posebno odnosi na stereoizomere – pa kemičari često moraju koristiti različite metode za izolaciju određenog izomera za koji su zainteresirani. Za odvajanje izomera mogu se koristiti mnoge različite metode temeljene na različitim kemijskim svojstvima. Neki spojevi s identičnim molekularnim formulama mogu, na primjer, ključati na različitim temperaturama, pa se destilacija može koristiti za njihovo odvajanje. Drugi reagiraju s različitim spojevima, tako da se kemijske reakcije mogu koristiti za uklanjanje jednog izomera, a da spoj od interesa ostane nepromijenjen.