Isomer struktural adalah senyawa dengan rumus kimia yang sama yang memiliki struktur dan sifat yang berbeda berdasarkan susunan atom penyusunnya. Misalnya, ada dua isomer struktural dengan rumus kimia yang sama C4H10, yaitu butana normal CH3CH2CH2CH3 dan metilpropana (CH3)2CHCH2CH3. Menarik untuk dicatat bahwa butana normal mendidih pada -0.5 derajat Celcius, sedangkan metilpropana mendidih pada +28 derajat Celcius. Dengan bertambahnya jumlah atom, jumlah isomer meningkat. Ada tiga isomer struktur dengan rumus kimia C5H12, lima dengan rumus C6H14 dan sembilan dengan rumus C7H16.
Isomer struktural karbon tidak terbatas hanya pada karbon dan hidrogen, meskipun itu adalah contoh isomerisme struktural yang paling terkenal. Di lemari obat rumah tangga orang mungkin menemukan C3H8O, atau isopropil alkohol, kadang-kadang diidentifikasi sebagai “alkohol gosok.” Rumus strukturnya adalah CH3CH(OH)CH3. Selain itu, ada n-propil alkohol, CH3CH2CH2(OH) dan bahkan metiletil eter, CH3OCH2CH3, meskipun kedua senyawa ini tidak mungkin ditemukan di rumah. Ada juga isomer struktural senyawa karbon yang mengandung atom lain.
Apa yang memungkinkan kelimpahan bentuk isomer seperti itu adalah kemampuan atom dari beberapa elemen — terutama karbon — untuk bergabung satu sama lain. Ini karena sifat ikatan antar atom. Atom karbon yang berdekatan bergabung dengan ikatan kovalen, ikatan di mana atom yang berpartisipasi berbagi elektron secara merata, daripada mentransfernya dari satu atom ke atom lainnya. Sebagai ilustrasi, dalam garam meja biasa, NaCl, atom natrium yang berpartisipasi memberikan lebih dari satu elektronnya yang tersedia ke atom klor, dan kedua atom tertarik secara elektrostatik. Tidak ada yang seperti ini antara atom karbon yang bergabung dalam etana, C2H6.
Silikon dan boron memiliki kemampuan yang sama untuk berikatan satu sama lain tanpa transfer elektron. Isomer struktural silikon dan boron diilustrasikan dengan baik dalam silan — senyawa silikon dan hidrogen — dan boran — senyawa boron dan hidrogen. Senyawa karbon dan hidrogen dimulai dengan molekul metana, CH4. Analog dengan ini, senyawa silikon dan hidrogen dimulai dengan silan, SiH4. Menariknya, senyawa boron dan hidrogen dimulai secara berbeda dengan borana, BH3 — senyawa yang hanya dikenal dalam bentuk gas yang dengan cepat terdimerisasi untuk membentuk B2H6.
Kemampuan untuk membentuk isomer struktural sangat meningkatkan jumlah senyawa yang mungkin dengan kisaran sifat yang hampir tak terbatas. Dalam kasus karbon, isomer struktural memungkinkan senyawa kehidupan. Untuk silikon dan boron, berbagai macam senyawa memberi dunia ilmiah dan manufaktur sejumlah besar reagen. Salah satu aplikasi turunan silan adalah dalam pelapis yang memungkinkan bahan yang tidak berbahaya secara biologis dilekatkan pada struktur implan titanium. Adapun boran, mereka dapat digunakan dalam sintesis organik khusus, dalam sel bahan bakar eksotis, dan bahkan untuk bahan bakar peroketan.