Isomerisme struktur, atau isomerisme konstitusi, terjadi ketika senyawa organik memiliki formula molekul yang sama tetapi struktur atom yang berbeda. Isomer struktur dibagi menjadi beberapa jenis, termasuk isomer rangka, di mana rantai karbon berbeda (misalnya, butana dan isobutana), dan isomer posisi, di mana gugus fungsi terletak di posisi yang berbeda pada rantai karbon (misalnya, 1-butanol vs 2-butanol). Studi isomerisme struktur penting dalam kimia organik karena perbedaan dalam susunan atom dapat mempengaruhi sifat fisik dan kimia senyawa, seperti titik lebur, titik didih, dan reaktivitas.
Isomerisme geometris, juga dikenal sebagai isomerisme cis-trans, terjadi di sekitar ikatan rangkap karbon-karbon atau di dalam sistem cincin di mana rotasi di sekitar ikatan rangkap atau cincin terhalang. Isomer cis memiliki substituen yang sama pada sisi yang sama dari ikatan rangkap atau cincin, sedangkan isomer trans memiliki substituen pada sisi yang berlawanan. Sebagai contoh, asam malonat memiliki isomer cis dan trans, yang menunjukkan perbedaan dalam sifat kimia dan fisik mereka. Studi isomerisme geometris penting dalam kimia organik karena isomer ini sering kali memiliki aktivitas biologis dan reaktivitas kimia yang berbeda.
Isomerisme optik, atau stereoisomerisme, melibatkan senyawa yang memiliki susunan atom yang sama tetapi berbeda dalam orientasi ruang. Ini termasuk isomer enansiomer, yang merupakan pasangan isomer optik yang merupakan gambar cermin tidak superimposabel satu sama lain, dan diastereomer, yang bukan gambar cermin satu sama lain. Isomer ini memiliki pusat kiral, yaitu atom karbon yang terikat pada empat gugus berbeda. Contoh klasik dari isomerisme optik adalah asam laktat, yang memiliki dua enansiomer: asam l-laktat dan asam d-laktat. Studi isomerisme optik sangat penting dalam kimia farmasi, karena enansiomer dapat memiliki efek biologis yang sangat berbeda, mempengaruhi efektivitas dan keamanan obat.
Isomerisme konformasi terjadi ketika senyawa organik dapat memiliki berbagai bentuk atau konformasi berdasarkan rotasi di sekitar ikatan tunggal. Konformasi ini berbeda dalam susunan spasial atom namun tetap dalam satu struktur molekul yang sama. Misalnya, dalam etana, rotasi sekitar ikatan C-C menghasilkan berbagai konformasi seperti konformasi staggered dan eclipsed. Isomerisme konformasi penting dalam studi dinamika molekul dan interaksi molekuler, serta dalam desain obat dan penentuan reaktivitas senyawa, karena perubahan konformasi dapat mempengaruhi sifat dan aktivitas senyawa.