Запишем четыре структурные формулы органических молекул состава C₄H₁₀:

При внимательном рассмотрении видно, что первые две структурные формулы совпадают, то есть атомы соединены в той же последовательности. Точно так же совпадают между собой две последние формулы. Но при этом между второй и третьей формулами имеются структурные отличия:

Обратите внимание: цепь атомов углерода в структуре справа разветвлена, в то время как слева атомы углерода соединены в одну линию. Это значит, что молекулы отличаются последовательностью соединения атомов, и, согласно теории А. М. Бутлерова, перед нами формулы двух разных веществ. В 1864 году великий учёный именно таким образом предсказал существование двух соединений состава C₄H₁₀, что впоследствии подтвердилось экспериментом.

Так было объяснено существование различных веществ одинакового молекулярного состава. Это явление получило название изомерия, а такие вещества стали называть изомерами. В нашем примере молекулы отличаются структурой, т.е. последовательностью соединения атомов; такой вид изомерии назвали структурной изомерией, а вещества — структурными изомерами. Бывает, что атомы в молекулах соединены в одной и той же последовательности, но по-разному зафиксированы в пространстве; в этом случае говорят о пространственной изомерии и пространственных изомерах.

Однако взаимосвязь структуры и свойств, а также явление изомерии наблюдается как в органической, так и в неорганической химии (например, молекулы состава As₄S₄ существуют в виде двух структурных изомеров, составляющих кристаллы разной формы и цвета). Почему же органические вещества более многочисленны? Что в них особенного? В конце концов, как определить, является вещество органическим или нет, с точки зрения современной химии, а не средневековой? Выясним это.