立體異構體的原子以相同的方式互相連結，但它們的原子在空間上的排列方式不同。
立體異構體可分為幾何異構體和對映異構體。
幾何異構體是因為分子內的碳\(-\)碳鍵的轉動受到限制，令它們的原子在空間上的排列方式有所不同，而形成的立體異結構，稱為「幾何異構體」。
在簡單的分子結構中，碳\(-\)碳雙鍵的轉動受到限制，因此很多擁有碳\(-\)碳雙鍵的分子都展示出幾何異構。
我們就以簡單的分子，說明甚麼是「鍵的轉動受到限制」，並且解釋為甚麼「鍵的轉動受到限制」會導致「幾何異構體」的產生。
並不是所有含有碳\(-\)碳雙鍵的分子都能展示幾何異構。我們就以 \(\rm{C}_{4}\rm{H}_{8}\) 這個組合為例，說明甚麼分子擁有幾何異構，甚麼分子沒有。
當碳\(-\)碳雙鍵中的其中一個碳原子，連接著 \(2\) 個相同的原子（或原子團）時，這個分子便沒有幾何異構。
例如：甲基丙烯和丁\(-1-\)烯都擁有碳\(-\)碳雙鍵，但它們都沒有幾何異構體。
碳\(-\)碳雙鍵的每個碳原子都連接不同的原子（或原子團）時，化合物就會擁有兩個不同的結構，這就是幾何異構體。
例如：丁\(-2-\)烯就擁有兩個不同的幾何異構體，當 \(2\) 個甲基 (\(-\rm{CH}_{3}\)) 在同一個方向時，這就是順\(-\)丁\(-2-\)烯；當 2 個甲基在不同的方向時，這就是反\(-2-\)丁\(-2-\)烯。
由於幾何異構體擁有相同的官能基，因此它們的化學性質一般都相似。
例如：順\(-\)丁烯二酸和反\(-\)丁烯二酸都是酸性的，可與氫氧化鈉產生中和反應，生成鹽和水。
由於它們的分子結構不同，導致它們的物理性質有很大的差異。
例如：順\(-\)丁烯二酸的熔點是 \(135\; ^\circ \rm{C}\)，而反\(-\)丁烯二酸的熔點則高達 \(287\;^\circ \rm{C}\)。順\(-\)丁烯二酸在水中的溶解度比反\(-\)丁烯二酸優勝。
| 順\(-\)丁烯二酸 | 反\(-\)丁烯二酸 | |
|---|---|---|
| 熔點 | \(135\;^\circ \rm{C}\) | \(287\;^\circ \rm{C}\) |
| 溶解度 | \(788\text{ g/L}\) | \(4.3\text{ g/L}\) |
我們可從分子結構方面，理解幾何異構體物理性質的差異。
反\(-\)丁烯二酸的 \(2\) 個羧基分隔在兩個極端，因此能有效地與其他分子形成連繫（例如：氫鍵）。順\(-\)丁烯二酸的 \(2\) 個羧基十分接近，使順\(-\)丁烯二酸形成分子內的氫鍵，這削弱了順\(-\)丁烯二酸與其他分子的連繫。
因此，在熔解過程中，反\(-\)丁烯二酸需要更多能量來斷開分子之間的氫鍵，從而導致它擁有較高的熔點。
順\(-\)丁烯二酸的 \(2\) 個羧基都集中在相同方向，因此順\(-\)丁烯二酸擁有淨偶極矩；反\(-\)丁烯二酸的 \(2\) 個羧基都在相反方向，這導致反\(-\)丁烯二酸沒有淨偶極矩。
極性分子較易溶於極性溶劑，非極性分子較易溶於非極性溶劑。水是極性溶劑，因此，順\(-\)丁烯二酸的水溶性比反\(-\)丁烯二酸較佳。
