On distingue 2 groupes principaux d'isomères :

1 : Isomérie de structure ou de constitution :
Les atomes sont reliés entre eux selon des séquences différentes.

2 : Stéréoisomérie :
Les atomes sont reliés entre eux selon la même séquence mais avec une orientation spaciale différente.

2.1 : géométrique :
Lorsque 2 atomes sont reliés entre eux par une liaison rigide (lien double comme C=C ou Si=Si ou une molécule cyclique), ils donneront naissance à deux isomères géométriques si les 2 substituants de chacun de ces deux atomes sont différents.
Ce type d'isomérie se retrouve surtout avec les atomes de carbone (C) et de silicium (Si).

Comment nommer ces 2 isomères géométriques ?
1^o Sur chaque atome participant à l'isomérie (les 2 atomes du lien double ou ceux portant des substituants différents sur une molécule cyclique), déterminer le substituant prioritaire.

• L'atome qui a le numéro atomique le plus élevé est prioritaire.
• Si les 2 atomes ont le même numéro atomique, continuer à l'atome suivant ayant le numéro atomique le plus élevé.

2^o Si les 2 substituants prioritaires sont du même côté du plan de la molécule, on nomme cet isomère cis ou Z.
Si les 2 substituants prioritaires sont de part et d'autre du plan de la molécule, on nomme cet isomère trans ou E.

Un exemple avec un lien double :

Un exemple avec une molécule cyclique :

Cependant avec la molécule suivante il n'y aura pas d'isomérie géométrique à cause de la rotation libre autour du lien simple C-C.

Deux isomères géométriques possèdent des propriétés chimiques et physiques différentes.

	Tfusion (ºC)	Téb (ºC)	Densité (g/ml)
Cis-dichloroéthylène	-80,5	60,1	1,291
Trans-dichloroéthylène	-50	48,4	1.265

2.2 : optique :
Lorsqu'une molécule est asymétrique (on ne peut la séparer en deux parties identiques par un plan de symétrie), elle se distingue de son image miroir, donnant ainsi naissance à deux molécules différentes dites énantiomères.
Voici, comme exemple, la molécule de 2-chlorobutane. Il faut la dessiner en perspective (3D) pour voir apparaître l'asymétrie du second carbone dans la chaîne. C'est ce carbone asymétrique (il possède 4 substituants différents) qui est responsable de l'isomérie optique.

Comment nommer ces 2 isomères optiques ?
1^o Identifier l'atome asymétrique (habituellement C ou Si). Cet atome doit posséder 4 substituants différents.
2^o Numéroter chaque substituant de l'atome asymétrique selon sa priorité décroissante de 1 à 4.

• L'atome qui a le numéro atomique le plus élevé est prioritaire.
• Si 2 atomes ont le même numéro atomique, continuer à l'atome suivant ayant le numéro atomique le plus élevé.

3^o En regardant le long de la liaison la moins prioritaire (ici C-H), examiner le sens de la rotation pour passer de 1 à 2 à 3.
Si la rotation se fait dans le sens horaire, on nomme cet isomère R.
Si la rotation se fait dans le sens antihoraire, on nomme cet isomère S.

Une propriété physique, le pouvoir rotatoire, permet de distinguer deux énantiomères, donc de les identifier et même de les doser quantitativement (exemple : les sucres).
Une molécule asymétrique est dite optiquement active. Elle dévie le vecteur de transmission de la lumière polarisée. Pour chaque paire d'énantiomères, on trouve un angle de rotation (a) spécifique. Pour un des deux énantiomères, cette rotation se fait vers la droite (+ ou d), tandis que pour l'autre, ce sera vers la gauche (- ou l).