Izomeri so kemične spojine, ki imajo enake molekularne formule – kar pomeni, da so sestavljene iz enakega števila enakih vrst atomov – vendar imajo različne strukture ali razporeditve v prostoru. Na primer, pentan je organska spojina, sestavljena iz petih atomov ogljika in 12 atomov vodika. Dva izomera pentana vključujeta nerazvejen pentan, v katerem so ogljiki razporejeni v linearni verigi, in izopentan ali metilbutan, pri katerem so štirje ogljiki razporejeni v linearni verigi, medtem ko se peti odcepi od enega od notranjih ogljikovih atomov. Oba imata enake molekularne formule, vendar je dejanska razporeditev njihovih atomov drugačna. Izomeri so pomembni, ker imajo spojine z različnimi strukturami, tudi če vsebujejo iste atome, lahko drastično različne kemične lastnosti.
Spojine z enakimi molekularnimi formulami se lahko strukturno razlikujejo na dva načina. Prvič, strukturni izomeri se razlikujejo po dejanski strukturni razporeditvi atomov. Funkcionalne skupine, ki sestavljajo spojine, so združene na različne načine in v različnih razporeditvah. Stereoizomeri so po drugi strani razporejeni na enak način glede na položaj funkcionalnih skupin, vendar se razlikujejo po relativnem položaju v prostoru. Dve molekuli imata lahko na primer enake atome in enako strukturo, lahko pa sta med seboj tudi zrcalni podobi, ki se ne prekrivata in bi bili zato izomeri.
Izomeri so zelo pomembni, ker imajo različne spojine, tudi če imajo enake molekularne formule, različne kemične lastnosti. To velja celo za stereoizomere, ki so na videz skoraj enaki. Ena spojina je lahko na primer pomembna aktivna sestavina v zdravilu, medtem ko je njen izomer v zrcalni sliki, ki se ne prekriva, lahko popolnoma neučinkovit ali celo škodljiv. Spojine z različno razporeditvijo pogosto reagirajo na drastično različne načine z drugimi atomi in spojinami. Lahko se razlikujejo po tem, s katerimi kemikalijami reagirajo, ali po hitrostih, s katerimi reagirajo z različnimi kemikalijami.
Številne kemične reakcije proizvajajo mešanico različnih izomerov – to še posebej velja za stereoizomere -, zato morajo kemiki pogosto uporabljati različne metode za izolacijo določenega izomera, ki jih zanima. Za ločevanje izomerov je mogoče uporabiti številne različne metode, ki temeljijo na različnih kemičnih lastnostih. Nekatere spojine z enakimi molekularnimi formulami lahko na primer vrejo pri različnih temperaturah, zato se lahko za njihovo ločevanje uporabi destilacija. Drugi reagirajo z različnimi spojinami, tako da se lahko kemične reakcije uporabijo za odstranitev enega izomera, medtem ko se spojina, ki nas zanima, ostane nespremenjena.