化合物分子進行結構重排而其組成和分子量不發生變化的反應過程。烴類分子的結構重排主要有烷基的轉移、雙鍵的移動和碳鏈的移動。反應通常在催化劑作用下進行。
40年代以前，異構化過程主要用於生產高辛烷值汽油調合組分。40年代以後，由於對航空汽油的大量需求，由異丁烷烷基化生產高辛烷值汽油調合組分的過程迅速發展，同時廣泛開展瞭用三氯化鋁作催化劑（見固體酸催化劑）的正丁烷異構化研究，並實現瞭工業化，擴大瞭烷基化的原料來源。1960年，，美國大西洋煉油公司將異構化過程應用於芳烴的轉換，開發瞭以氧化鋁或氧化鋁－氧化矽為載體的鉑催化劑的二甲苯異構化工藝過程，隨後日本三菱瓦斯化學公司又開發瞭用氟化氫－氟化硼作催化劑的液相二甲苯異構化過程。1976年和1978年美國莫比爾化學公司先後開發瞭使用新型ZSM－5分子篩催化劑的二甲苯氣相和液相異構化過程。
反應類型 主要有氣相法和液相法兩種。按工業中最有代表性的原料，又分為：
①烷烴的異構化，如C4、C5、C6烷烴的異構化：
②烯烴的異構化，如1-丁烯的異構化：
③芳烴的異構化，如二甲苯、乙苯的異構化：
④環烷烴的異構化，如甲基環戊烷的異構化：
環烷烴的異構化是
催化重整過程的重要反應之一。
⑤甲酚的異構化：
催化劑 主要有下列幾類：①弗瑞德－克來福特型催化劑，常用的有三氯化鋁-氯化氫、氟化硼-氟化氫等。這類催化劑活性高，所需反應溫度低，用於液相異構化，如正丁烷異構化為異丁烷，二甲苯的異構化等。②以固體酸為載體的貴金屬催化劑，如鉑-氧化鋁、鉑-分子篩、鈀-氧化鋁等。這類催化劑屬於雙功能催化劑，其中金屬組分起加氫和脫氫作用，固體酸起異構化作用。采用這類催化劑時，反應需在氫存在下進行，故也稱臨氫異構化催化劑，用於氣相異構化。烷烴、烯烴、芳烴、環烷烴的異構化也可采用。尤其是乙苯異構化為二甲苯和環烷烴的異構化隻有這類催化劑有效。其優點是結焦少，使用壽命長。③以固體酸為載體的非貴金屬催化劑，如鎳-分子篩等，一般也需有氫存在，用於氣相異構化，但不能使乙苯異構化成二甲苯。④ZSM-5分子篩催化劑，主要用於二甲苯的氣相或液相異構化。
過程條件 異構化是可逆反應，反應常常可進行到接近平衡轉化率。由於反應熱效應很小，溫度對平衡組成影響不甚顯著，但低溫操作有利於減少副反應。液相異構化反應溫度一般為90～150°C。氣相異構化反應溫度則為300~500°C。氣相非臨氫異構化可在低壓（約0.3MPa）下進行，氣相臨氫異構化則需較高壓力(2.0～2.5Mpa)下進行。氫烴摩爾比為5～20：1，過量氫氣可循環使用。氣相異構化可采用固定床反應器，液相均相異構化可用塔式反應器，非均相異構化則可用涓流床反應器。
工業應用 在石油煉制工業中正丁烷異構化得到的異丁烷，可作為生產高辛烷值航空汽油摻合劑異辛烷的主要原料。因此，正丁烷異構化裝置常與異丁烷烷基化裝置聯合使用。C5、C6烷烴的異構化生成的支鏈化合物，如異戊烷、異己烷等，可直接作為高辛烷值汽油的摻合劑，異構化過程也可應用於增產所需的目的產物。如C8芳烴的異構混合物在分離出對二甲苯以後，可以通過異構化反應得到具有平衡組成的C8芳烴異構混合物，然後再將對二甲苯分離出。這樣就可最大限度地得到所需的目的產物對二甲苯。又如甲苯丙烯基化生成的甲基異丙苯、氧化後得到的主要是鄰甲基苯酚，可通過異構化而轉化成用途較大（生產合成樹脂）的間甲酚。此外，在碳四餾分分離時也可采用異構化的方法。