Η στερεοχημεία είναι η μελέτη του τρόπου με τον οποίο τα μόρια επηρεάζονται από τον τρόπο με τον οποίο τα άτομά τους είναι διατεταγμένα στο χώρο. Είναι επίσης γνωστή ως τρισδιάστατη χημεία, καθώς η λέξη stereo σημαίνει τρισδιάστατη. Χρησιμοποιώντας τη στερεοχημεία, οι χημικοί μπορούν να επεξεργαστούν τις σχέσεις μεταξύ διαφορετικών μορίων που αποτελούνται από τα ίδια άτομα. Μπορούν επίσης να μελετήσουν την επίδραση στις φυσικές ή βιολογικές ιδιότητες που δίνουν αυτές οι σχέσεις στα μόρια. Όταν οι σχέσεις αυτές επηρεάζουν την αντιδραστικότητα των μορίων, αυτό ονομάζεται δυναμική στερεοχημεία.
Στη χημεία, ορισμένα μόρια έχουν περισσότερα από ένα ισομερή. Αυτό σημαίνει ότι τα μόρια μπορούν να έχουν διαφορετικές μορφές, παρόλο που όλες οι μορφές αποτελούνται από τα ίδια άτομα. Υπάρχουν δύο είδη ισομερών. Τα συνταγματικά ισομερή έχουν τα ίδια άτομα, αλλά ενώνονται με διαφορετικό τρόπο. Τα στερεοϊσομερή έχουν τα ίδια άτομα, ενώνονται με τον ίδιο τρόπο, αλλά τα άτομα είναι διαφορετικά τοποθετημένα στο χώρο. Ένα σημαντικό μέρος της στερεοχημείας είναι η μελέτη των χειρόμορφων μορίων. Αυτά τα μόρια φαίνονται σχεδόν πανομοιότυπα, εκτός από το ότι το ένα μόριο είναι το είδωλο του άλλου.
Στους περισσότερους χημικούς δεσμούς, τα άτομα ενός μορίου μπορούν να κινηθούν ελεύθερα χωρίς να σπάσουν τους δεσμούς. Όταν ένα μόριο έχει διπλό δεσμό ή δομή δακτυλίου, το μόριο μπορεί να ταξινομηθεί σε διάφορα ισομερή. Πρόκειται για μόρια με την ίδια χημική δομή αλλά διαφορετικές μορφές.
Η μελέτη των στερεοχημικών προβλημάτων καλύπτει όλο το φάσμα της οργανικής, ανόργανης, βιολογικής, φυσικής και υπερμοριακής χημείας.
