Strukturni izomeri su spojevi iste kemijske formule koji posjeduju različite strukture i svojstva ovisno o tome kako su njihovi sastavni atomi poredani. Na primjer, postoje dva strukturna izomera s istom kemijskom formulom C4H10, a to su normalni butan CH3CH2CH2CH3 i metilpropan (CH3)2CHCH2CH3. Zanimljivo je primijetiti da normalni butan vrije na -0.5 stupnjeva Celzija, dok metilpropan vrije na +28 stupnjeva Celzija. Kako broj atoma raste, raste i broj izomera. Postoje tri strukturna izomera s kemijskom formulom C5H12, pet s formulom C6H14 i devet s formulom C7H16.
Strukturni izomeri ugljika nisu ograničeni samo na ugljik i vodik, iako su to najpoznatiji primjeri strukturnog izomerizma. U kućnom ormariću za lijekove može se pronaći C3H8O, ili izopropil alkohol, koji se ponekad naziva “alkohol za trljanje”. Njegova strukturna formula je CH3CH(OH)CH3. Osim toga, postoji n-propil alkohol, CH3CH2CH2(OH), pa čak i metiletil eter, CH3OCH2CH3, iako se niti jedan od ova dva spoja vjerojatno neće naći u kući. Postoje strukturni izomeri ugljikovih spojeva koji sadrže i druge atome.
Ono što čini takvo obilje izomernih oblika mogućim je sposobnost atoma nekoliko elemenata – ponajprije ugljika – da se spoje jedan s drugim. To je zbog prirode veza između atoma. Susjedni atomi ugljika povezani su kovalentnim vezama, vezama u kojima atomi sudionici jednako dijele elektrone, umjesto da ih prenose s jednog atoma na drugi. Za ilustraciju, u običnoj kuhinjskoj soli, NaCl, natrijev atom koji sudjeluje predaje svoj jedan raspoloživi elektron atomu klora, a dva atoma se privlače elektrostatski. Ništa slično ne postoji između spojenih ugljikovih atoma u etanu, C2H6.
Silicij i bor posjeduju istu sposobnost međusobnog povezivanja bez prijenosa elektrona. Strukturni izomeri silicija i bora dobro su ilustrirani u silanima – spojevima silicija i vodika – i boranima – spojevima bora i vodika. Spojevi ugljika i vodika počinju s molekulom metana, CH4. Analogno tome, spojevi silicija i vodika započinju silanom, SiH4. Zanimljivo je da spojevi bora i vodika počinju drugačije s boranom, BH3 – spojem koji je poznat samo u plinovitom stanju koji se brzo dimerizira u B2H6.
Sposobnost stvaranja strukturnih izomera uvelike povećava broj mogućih spojeva s gotovo beskonačnim rasponom svojstava. U slučaju ugljika, strukturni izomeri omogućuju stvaranje spojeva života. Za silicij i bor, velika raznolikost spojeva daje znanstvenom i proizvodnom svijetu mnoštvo reagensa. Jedna primjena derivata silana je u premazima koji omogućuju pričvršćivanje biološki neškodljivih materijala na strukture implantata od titana. Što se tiče borana, oni se mogu koristiti u specijaliziranim organskim sintezama, u egzotičnim gorivnim ćelijama, pa čak i za raketno gorivo.