Dwie cząsteczki mogą mieć ten sam wzór chemiczny i zachowywać się zupełnie inaczej. Etanol i eter dimetylowy to C2H6O. Etanol to ciecz, która miesza się z wodą i powoduje upojenie. Eter dimetylowy to gaz używany jako propelent. Te same atomy, ale inny układ. To izomery. Wzór chemiczny mówi, co się w nim znajduje. Struktura mówi, co się dzieje.

Izomery występują w kilku rodzajach. Izomery strukturalne różnią się sposobem łączenia atomów. Butan i izobutan są izomerami strukturalnymi. Stereoizomery mają tę samą łączność, ale różnią się rozmieszczeniem przestrzennym. Izomery cis-trans różnią się geometrią wokół wiązania podwójnego lub pierścienia. Enancjomery są odbiciami lustrzanymi, których nie można na siebie nałożyć, jak lewa i prawa dłoń. Mogą one mieć diametralnie różne skutki biologiczne. Talidomid to klasyczna przestroga: jeden enancjomer leczył poranne mdłości, drugi powodował wady wrodzone.

Izomeria ma znaczenie w projektowaniu leków. Lek musi mieć odpowiedni kształt, aby pasował do celu. Niewłaściwy izomer może być nieaktywny lub szkodliwy. Agencje regulacyjne wymagają obecnie od producentów leków oddzielnej charakterystyki i badania każdego izomeru.