화학식은 같지만 작용 방식이 완전히 다른 두 분자가 있을 수 있습니다. 에탄올과 디메틸 에테르는 둘 다 C2H6O입니다. 에탄올은 물과 섞어 마시면 취하게 하는 액체입니다. 디메틸 에테르는 추진제로 사용되는 기체입니다. 같은 원자이지만 배열이 다릅니다. 이 둘은 이성질체입니다. 화학식은 어떤 원자로 이루어져 있는지를 알려주고, 구조는 그 분자가 어떤 작용을 하는지를 알려줍니다.

이성질체에는 여러 종류가 있습니다. 구조 이성질체는 원자의 연결 방식이 다릅니다. 부탄과 이소부탄은 구조 이성질체입니다. 입체 이성질체는 원자의 연결 방식은 같지만 공간적 배열이 다릅니다. 시스-트랜스 이성질체는 이중 결합이나 고리 주변의 기하학적 구조가 다릅니다. 거울상 이성질체는 마치 왼손과 오른손처럼 서로 겹쳐질 수 없는 거울상 관계입니다. 이들은 생물학적으로 매우 다른 효과를 나타낼 수 있습니다. 탈리도마이드는 대표적인 경고 사례입니다. 한쪽 거울상 이성질체는 입덧을 치료했지만, 다른 쪽 거울상 이성질체는 선천적 기형을 유발했습니다.

이성질체는 신약 설계에 중요한 요소입니다. 약물은 표적에 정확하게 결합하기 위해 적절한 형태를 가져야 합니다. 잘못된 이성질체는 효과가 없거나 오히려 해로울 수 있습니다. 따라서 규제 기관에서는 제약 회사들이 각 이성질체를 개별적으로 특성화하고 시험하도록 요구하고 있습니다.