Strukturella isomerer är föreningar med samma kemiska formel som har olika strukturer och egenskaper baserat på hur deras ingående atomer är ordnade. Till exempel finns det två strukturella isomerer med samma kemiska formel C4H10, nämligen normal butan CH3CH2CH2CH3 och metylpropan (CH3)2CHCH2CH3. Det är intressant att notera att normal butan kokar vid -0.5 grader Celsius, medan metylpropan kokar vid +28 grader Celsius. När antalet atomer växer, ökar antalet isomerer. Det finns tre strukturella isomerer med kemisk formel C5H12, fem med formel C6H14 och nio med formel C7H16.
Strukturella isomerer av kol är inte begränsade till endast kol och väte, även om de är de mest kända exemplen av strukturell isomerism. I medicinskåpet kan man hitta C3H8O, eller isopropylalkohol, ibland identifierad som ”gnidsprit”. Dess strukturformel är CH3CH(OH)CH3. Dessutom finns det n-propylalkohol, CH3CH2CH2(OH) och till och med metyletyleter, CH3OCH2CH3, även om ingen av dessa två föreningar sannolikt finns i hemmet. Det finns strukturella isomerer av kolföreningar som innehåller andra atomer också.
Det som gör ett sådant överflöd av isomera former möjligt är förmågan hos atomerna i ett fåtal element – framför allt kol – att förenas med varandra. Detta beror på arten av bindningarna mellan atomerna. Intilliggande kolatomer är förenade med kovalenta bindningar, bindningar där deltagande atomer delar elektroner lika, snarare än att överföra dem från en atom till en annan. För att illustrera, i vanligt bordssalt, NaCl, ger den deltagande natriumatomen över sin ena tillgängliga elektron till kloratomen, och de två atomerna attraheras elektrostatiskt. Inget liknande existerar mellan de förenade kolatomerna i etan, C2H6.
Kisel och bor har samma förmåga att binda till varandra utan elektronöverföring. De strukturella isomererna av kisel och bor är väl illustrerade i silanerna – föreningar av kisel och väte – och boranerna – föreningar av bor och väte. Föreningar av kol och väte börjar med molekylen metan, CH4. Analogt med detta börjar föreningarna av kisel och väte med silan, SiH4. Intressant nog börjar föreningarna av bor och väte annorlunda med boran, BH3 – en förening som endast är känd i gasform som snabbt dimeriserar för att bilda B2H6.
Förmågan att bilda strukturella isomerer ökar avsevärt antalet möjliga föreningar med ett nästan oändligt utbud av egenskaper. När det gäller kol möjliggör strukturella isomerer livets föreningar. För kisel och bor ger det stora utbudet av föreningar vetenskaps- och tillverkningsvärlden en uppsjö av reagenser. En tillämpning av silanderivat är i beläggningar som gör att biologiskt ofarliga material kan fästas på titanimplantatstrukturer. När det gäller boraner kan de användas i specialiserade organiska synteser, i exotiska bränsleceller och till och med för raketbränsle.