이성질체(異性質體, isomer)는 동일한 화학식이지만 구조나 공간적 배열이 서로 다른 화합물들을 의미한다. 이성질체는 일반적으로 두 가지 주요 범주로 나눌 수 있다: 구조 이성질체와 입체 이성질체.

구조 이성질체는 분자의 원자들이 다른 방식으로 결합되어 있는 이성질체를 말한다. 이들은 다시 사슬 이성질체(체인 이성질체)와 기능군 이성질체로 나뉜다. 사슬 이성질체는 탄소 사슬의 길이나 가지의 유무에 따라 구분되며, 기능군 이성질체는 같은 원자를 포함하더라도 기능적인 기가 다르게 결합되어 있는 경우를 말한다.

입체 이성질체는 원자의 공간적 배열에서 차이가 있는 이성질체로, 다시 두 가지로 나뉜다: 회전 이성질체와 위치 이성질체. 회전 이성질체는 단일 결합을 중심으로 원자들이 회전하여 다른 입체 구성을 가지는 경우를 의미하고, 위치 이성질체는 이성질체들이 항목의 위치에 따라 다른 성질을 갖는 경우를 의미한다.

이성질체는 화학적 및 물리적 성질이 다를 수 있으며, 생물학적 기능에서도 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 단백질의 구성 아미노산인 류신과 이소류신은 동일한 화학식 C6H13N, 그러나 서로 다른 구조로 존재하여 각각 독특한 생리학적 역할을 수행한다. 이성질체의 연구는 유기 화학, 생화학, 약학 등 다양한 분야에서 중요한 주제이다.