同じ化学式を持つ分子でも、性質が全く異なる場合があります。エタノールとジメチルエーテルはどちらもC2H6Oです。エタノールは水と混ざり合って酔う液体です。ジメチルエーテルは噴射剤として使われる気体です。同じ原子でも、配置が異なるため、異性体と呼ばれます。化学式はそこに何が含まれているかを示し、構造はそれがどのような働きをするかを示します。

異性体にはいくつかの種類があります。構造異性体は、原子の結合の仕方が異なります。ブタンとイソブタンは構造異性体です。立体異性体は、原子の結合は同じですが、空間配置が異なります。シス-トランス異性体は、二重結合または環の周りの幾何構造が異なります。エナンチオマーは、左右の手のように重ね合わせることのできない鏡像です。これらは、劇的に異なる生物学的効果をもたらす可能性があります。サリドマイドは、その典型的な例です。一方のエナンチオマーはつわりを治療しましたが、もう一方のエナンチオマーは先天性欠損症を引き起こしました。

医薬品設計において異性体は重要である。医薬品は標的に適合する適切な形状を持たなければならない。間違った異性体は不活性であったり、有害であったりする可能性がある。現在、規制当局は医薬品メーカーに対し、各異性体を個別に特性評価し、試験することを義務付けている。