O geometrijski izomeriji govorimo, ko vezi med atomi niso vrtljive ali so deloma vrtljive. Takrat se lahko atomi ali skupine atomov znajdejo v različni prostorski razporeditvi. Poglejmo primer.
Prva dva izomera se razlikujeta le v prostorski razporeditvi atomov, zato imata enako ime. Spojini razlikujemo z deskriptorji
cis − na isti, in trans − na nasprotni strani dvojne vezi. Različna prostorska razporeditev ni možna, če sta vsaj na enem od C-atomov ob dvojni vezi vezani dve enaki skupini.
1,1 dibromoeten ima dve isti skupini na vsakem C-atomu, zato nima geometrijskih izomerov.
Geometrijska izomerija lahko nastane tudi v cikličnih spojinah.