Izomēri ir ķīmiski savienojumi, kuriem ir vienādas molekulārās formulas — tas nozīmē, ka tie sastāv no vienāda skaita viena un tā paša veida atomu —, taču tiem ir atšķirīga struktūra vai izvietojums telpā. Piemēram, pentāns ir organisks savienojums, kas sastāv no pieciem oglekļa atomiem un 12 ūdeņraža atomiem. Divi pentāna izomēri ietver nesazarotu pentānu, kurā oglekli ir sakārtoti lineārā ķēdē, un izopentānu vai metilbutānu, kurā četri oglekļi ir sakārtoti lineārā ķēdē, bet piektais atzarojas no viena no iekšējiem oglekļa atomiem. Abiem ir vienādas molekulārās formulas, taču to atomu faktiskais izvietojums ir atšķirīgs. Izomēri ir svarīgi, jo savienojumiem ar atšķirīgu struktūru, pat ja tie satur vienus un tos pašus atomus, var būt krasi atšķirīgas ķīmiskās īpašības.
Savienojumi ar vienādām molekulārajām formulām var strukturāli atšķirties divos veidos. Pirmkārt, strukturālie izomēri atšķiras ar atomu faktisko strukturālo izvietojumu. Funkcionālās grupas, kas veido savienojumus, ir savienotas dažādos veidos un dažādos izkārtojumos. No otras puses, stereoizomēri ir sakārtoti vienādi funkcionālo grupu novietojuma ziņā, bet atšķiras to relatīvajā pozīcijā telpā. Divām molekulām, piemēram, var būt vienādi atomi un tāda pati struktūra, bet tās var būt arī viens otra spoguļattēli, kas nepārklājas, un tāpēc tie ir izomēri.
Izomēri ir ļoti svarīgi, jo dažādiem savienojumiem, pat ja tiem ir vienādas molekulārās formulas, var būt dažādas ķīmiskās īpašības. Tas attiecas pat uz stereoizomēriem, kas virspusēji ir gandrīz identiski. Piemēram, viens savienojums var būt svarīga zāļu aktīvā sastāvdaļa, savukārt tā nepārklājošais spoguļattēla izomērs var būt pilnīgi neefektīvs vai pat kaitīgs. Savienojumi ar dažādu izkārtojumu bieži krasi atšķirīgi reaģē ar citiem atomiem un savienojumiem. Tās var atšķirties atkarībā no tā, ar kādām ķīmiskajām vielām tās reaģē, vai ar ātrumu, kādā tās reaģē ar dažādām ķīmiskām vielām.
Daudzas ķīmiskās reakcijas rada dažādu izomēru maisījumu — tas jo īpaši attiecas uz stereoizomēriem — tāpēc ķīmiķiem bieži ir jāizmanto dažādas metodes, lai izolētu konkrēto izomēru, kas viņus interesē. Izomēru atdalīšanai var izmantot daudzas dažādas metodes, kuru pamatā ir dažādas ķīmiskās īpašības. Daži savienojumi ar identiskām molekulārajām formulām, piemēram, var vārīties dažādās temperatūrās, tāpēc to atdalīšanai var izmantot destilāciju. Citi reaģē ar dažādiem savienojumiem, tāpēc ķīmiskās reakcijas var izmantot, lai noņemtu vienu izomēru, atstājot interesējošo savienojumu nemainīgu.