Los enlaces covalentes de los distintos elementos están orientados espacialmente en direcciones características, cualquier molécula en la que haya una secuencia de tres átomos tendrá un determinado ángulo de enlace asociado al átomo central de la secuencia. Los ángulos de enlace no son del todo invariables, sino que pueden sufrir ligeras deformaciones según varíen los requerimientos espaciales de los sustituyentes unidos al átomo central.

La distancia entre los núcleos se llama longitud de enlace, y depende no sólo de los átomos unidos, sino también del grupo funcional del que forman parte. Así las longitudes de enlace carbono-carbono varían dependiendo de que tengamos un enlace sencillo, doble o triple.

De acuerdo con tales datos, las características estereoquímicas de un hidrocarburo del tipo del buteno-2, CH3-CH=CH-CH3, se pueden representar mediante mediante los dibujos en perspectiva 1a y 1b.

Obsérvese que existen dos modos mediante los que se pueden unir los grupos CH3 a los carbonos entre los que existe el doble enlace o bien del mismo lado del plano del doble enlace (equivalente al plano del papel en 1a y1b) o bien por lados opuestos. Ahora bien, una característica muy importante de los dobles enlaces es su rigidez o falta de rotación libre. Así, la estructura 1a no se puede convertir en la 1b por giro de un átomo de carbono 180 grados con respecto al otro. Se trata de una situación análoga a la de los cartones clavados que se muestran en la siguiente figura. Las estructuras con dos clavos no son interconvertibles por rotación, mientras que los cartones con un solo clavo pueden girar uno con respecto al otro.

De esta manera las estructuras 1a y 1b representan dos estereoisómeros ya que se trata de dos estructuras distintas que difieren en sus disposiciones espaciales no equivalentes y no interconvertibles. Tales estereoisómeros se llaman isómeros geométricos o isómeros cis-trans, siendo el 1a el isómero cis (en latín, de este lado) y el 1b el isómero trans (del latín, al otro lado). Aunque lo que la hace posible es la rotación restringida alrededor del doble enlace, la isomería geométrica se da solo cuando los dos sustituyentes de ambos carbonos del doble enlace son distintos.

Las estructuras 2a y 2b, por ejemplo, no son isómeros geométricos; son idénticas, lo que resulta obvio con sólo dar la vuelta a una molécula. Obsérvese que esta operación no interconvierte los verdaderos isómeros cis-trans, tales como los 1a y 1b. La isomería geométrica también se puede dar en las estructuras cíclicas.