Có hai loại chính của hiện tượng đồng phân là đồng phân cấu trúc (constitutional isomerism hay structural isomerism) và đồng phân lập thể (stereoisomerism).

Trong đồng phân cấu trúc, các nguyên tử và các nhóm chức được liên kết cùng nhau theo các cách khác nhau, giống như trong ví dụ về hai đồng phân rượu nói trên của prôpanol. Nhóm này bao gồm đồng phân chuỗi mà nhờ đó các chuỗi hiđrôcacbon có các số lượng nhánh khác nhau; đồng phân vị trí với vị trí khác nhau của nhóm chức trên chuỗi; và đồng phân nhóm chức trong đó một nhóm chức bị phân chia thành các nhóm khác nhau.

Trong đồng phân lập thể thì cấu trúc liên kết là như nhau, nhưng vị trí hình học của các nguyên tử và các nhóm chức trong không gian là khác nhau. Nhóm này bao gồm các đồng phân đối hình (enantiomer) trong đó các đồng phân khác nhau là hình phản chiếu của nhau, và các đồng phân phi đối hình (diastereomer) trong đó chúng không là đối hình của nhau. Hiện tượng đồng phân phi đối hình lại được phân chia tiếp thành đồng phân cấu hình riêng[1] (conformer), trong đó các đồng phân có thể hoán chuyển nhờ sự quay liên kết hóa học và đồng phân cis-trans (cis-trans isomer), trong đó điều này là không thể. Lưu ý rằng mặc dù các đồng phân hình thể có thể coi như là có quan hệ phi đối hình, nhưng các đồng phân này khi xét về mặt tổng thể chung của chúng lại không phải là các đồng phân phi đối hình, do các liên kết trong các đồng phân hình thể có thể bị quay để tạo ra các hình phản chiếu của chúng.

Trong hóa thực phẩm, hóa y học và hóa sinh học, các đồng phân cis-trans luôn luôn được lưu ý. Trong hóa y học và hóa sinh học, các đồng phân đối hình có tầm quan trọng đặc biệt do hiện nay người ta đã biết rằng phần lớn các thay đổi trong các kiểu đồng phân này có ý nghĩa trong các cơ thể sinh vật sống. Các nhà nghiên cứu dược học và lý thuyết đã phát hiện ra rằng các phương pháp của ghi sắc học có thể tách các đồng phân này ra khỏi nhau một cách đáng tin cậy. Tuy nhiên, ở mức độ công nghiệp thì các phương pháp này là rất đắt đỏ và chủ yếu được dùng để lọc bỏ các đồng phân độc hại tiềm ẩn.

Trong khi các đồng phân cấu trúc thông thường có các thuộc tính hóa học khác nhau thì các đồng phân lập thể lại có các phản ứng hóa học gần như là đồng nhất trong phần lớn các trường hợp. Tuy nhiên, các enzym lại có thể phân biệt các đồng phân lập thể khác nhau của cùng một hợp chất và sinh vật nói chung thông thường ưa thích một đồng phân lập thể hơn các đồng phân lập thể khác. Một số các đồng phân lập thể cũng khác biệt về cách thức mà chúng làm quay ánh sáng phân cực.

Các kiểu khác của hiện tượng đồng phân cũng tồn tại bên ngoài phạm vi này. Các chất đồng phân tôpô được gọi là đồng phân tôpô nói chung là các phân tử lớn có thể cuộn xoắn và tạo thành các vòng lặp hay các nút thắt nơ có hình dạng khác nhau. Các phân tử với các đồng phân tôpô bao gồm các catenan và ADN. Các enzym đồng phân tôpô có thể tạo ra các nút thắt nơ trong ADN và vì thế thay đổi hình dáng và kích thước của chúng. Cũng tồn tại các đồng phân đồng vị (isotopomer) với cùng số lượng của mỗi kiểu thay thế đồng vị nhưng trong các vị trí khác nhau về mặt hóa học. Trong vật lý hạt nhân, các đồng phân hạt nhân là các trạng thái kích thích của hạt nhân nguyên tử.