同分异构体具有相同分子式而结构不同，碳骨架的连接方式决定许多有机物类别

甲烷是仅含一个碳原子的最简单饱和烃。乙烯是重要的基础化工原料与植物信号分子。乙炔的碳碳三键可以参与多种加成反应。苯分子的稳定性与电子离域存在联系。有机溶剂的挥发性受到分子间作用影响。有机物对水的溶解性会随分子结构显著变化。乙醇与水能够在通常条件下相互混溶。较长烃链往往增强分子的疏水特征。

亲水基团可以提高某些有机物与水的相容性。卤代烃中部分氢原子被卤素原子替代。醇的羟基连接在饱和碳原子等相应位置。酚的羟基直接连接于芳香环结构。醚通常具有氧原子连接两个碳基团的结构。醛含有位于特定端位的羰基结构。酮分子中的羰基碳通常与两个碳基团相连。羧酸以羧基作为主要酸性官能结构。

酯具有由羧酸衍生的特定含氧连接方式。胺可以视为氨中氢被有机基团取代的衍生物。酰胺的氮与羰基相邻并呈现特殊电子结构。腈含有碳氮三键这一特征官能团。硫醇具有与醇类似但由硫替代氧的官能结构。杂环化合物的环骨架包含碳以外的原子。多官能团分子的性质由多种结构共同决定。有机化学中的氧化还原常改变碳周围的成键。