催化各類同分異構體之間的相互轉化反應的酶。異構酶是按酶所催化的反應的性質把酶分成六大類中的第五大類。例如，糖代謝中的磷酸丙糖異構酶(triose phosphate isomerase)，它催化磷酸二羥丙酮與3–磷酸甘油醛互變，磷酸二羥丙酮與3–磷酸甘油醛是同分異構體。反應平衡時，趨向生成磷酸二羥丙酮(占96%)。磷酸丙糖異構酶是迄今為止發現的催化效率最高的酶之一，每秒鐘一個酶分子能轉化數10萬個左右的底物分子生成產物。
酶與底物間的相互作用是生物界和生物分子長期進化的結果。Knowles認為可以稱磷酸丙糖異構酶進化是“完善”的，因為沒有任何其他的催化劑所催化的特定的化學反應，比這種酶更為有效。磷酸丙糖異構酶的X射線晶體結構已被測定，組成酶分子的氨基酸形成不同的幾何形狀，酶分子是由同源二聚體組成的。