Rakenteelliset isomeerit ovat saman kemiallisen kaavan mukaisia yhdisteitä, joilla on erilaiset rakenteet ja ominaisuudet sen mukaan, kuinka niiden atomit on järjestetty. Esimerkiksi on kaksi rakenteellista isomeeriä, joilla on sama kemiallinen kaava C4H10, nimittäin normaali butaani CH3CH2CH2CH3 ja metyylipropaani (CH3) 2CHCH2CH3. On mielenkiintoista huomata, että normaali butaani kiehuu -0.5 celsiusasteessa, kun taas metyylipropaani kiehuu +28 asteessa. Atomien määrän kasvaessa isomeerien määrä kasvaa. On kolme rakenteellista isomeeriä, joiden kemiallinen kaava on C5H12, viisi, joilla on kaava C6H14, ja yhdeksän, joilla on kaava C7H16.
Hiilen rakenteelliset isomeerit eivät rajoitu pelkästään hiileen ja vetyyn, vaikka ne ovat tunnetuimpia rakenteellisen isomerismin tapauksia. Kotitalouksien lääkekaapista voi löytyä C3H8O: ta tai isopropyylialkoholia, joka joskus tunnistetaan “hankaavaksi alkoholiksi”. Sen rakennekaava on CH3CH (OH) CH3. Lisäksi on n-propyylialkoholia, CH3CH2CH2 (OH) ja jopa metyylietyylieetteriä CH3OCH2CH3, vaikka kumpikaan näistä kahdesta yhdisteestä ei todennäköisesti löydy kotoa. Hiiliyhdisteiden rakenteellisia isomeerejä on myös muita atomeja.
Mikä tekee tällaisen isomeeristen muotojen runsauden mahdolliseksi, on joidenkin alkuaineiden – etenkin hiilen – atomien kyky liittyä toisiinsa. Tämä johtuu atomien välisten sidosten luonteesta. Vierekkäisiin hiiliatomeihin liittyy kovalenttisia sidoksia, sidoksia, joissa osallistuvat atomit jakavat elektroneja tasan, eivätkä siirrä niitä atomista toiseen. Havainnollistamiseksi tavallisella ruokasuolalla, NaCl, osallistuva natriumatomi antaa yhden käytettävissä olevan elektroninsa klooriatomille ja kaksi atomia vetää puoleensa sähköstaattisesti. Mitään tällaista ei ole etaanissa, C2H6, liittyneiden hiiliatomien välillä.
Piillä ja boorilla on sama kyky sitoutua toisiinsa ilman elektroninsiirtoa. Piin ja boorin rakenteelliset isomeerit kuvataan hyvin silaaneissa – pii- ja vetyyhdisteissä – ja boraaneissa – boori- ja vetyyhdisteissä. Hiili- ja vetyyhdisteet alkavat molekyylillä metaani, CH4. Vastaavasti pii- ja vetyyhdisteet alkavat silaanilla SiH4. Mielenkiintoista on, että boori- ja vetyyhdisteet alkavat eri tavalla boraanilla, BH3 – yhdiste, joka tunnetaan vain kaasumaisessa tilassa ja joka dimerisoituu nopeasti muodostaen B2H6.
Kyky muodostaa rakenteellisia isomeerejä lisää huomattavasti mahdollisten yhdisteiden määrää, joilla on lähes rajattomat ominaisuudet. Hiilen tapauksessa rakenteelliset isomeerit mahdollistavat elämän yhdisteet. Piille ja boorille suuri valikoima yhdisteitä tarjoaa tieteelliselle ja valmistusmaailmalle lukuisia reagensseja. Yksi silaanijohdannaisten käyttötarkoitus on pinnoitteissa, jotka mahdollistavat biologisesti vaarattomien materiaalien kiinnittämisen titaani -implanttirakenteisiin. Boraaneja voidaan käyttää erikoistuneissa orgaanisissa synteeseissä, eksoottisissa polttokennoissa ja jopa rakettipolttoaineena.