立体化学（stereochemistry），有机化学的主要内容。研究有机物在三维空间内的结构与变化的化学分支。由于碳以及所有其他元素的化学键往往不是在二维平面上伸展的，于是就产生了相应的异构现象，由此产生了立体化学这门学科。十九世纪中叶前，人们对有机化合物的认识一直停留在二维空间。随着有机技术和分析技术的发展，大量同分异构体被合成和发现，人们对有机化合物的认识才逐渐深入。当时人们认为二取代甲烷（CH2R2）有两种同分异构体，但是人们始终只能合成得到一种二取代甲烷。直到1874年，年仅22岁的荷兰科学家凡特霍夫提出碳原子成键的新解释。