Ein Gegenstand oder Molekül ist chiral, wenn sich sein Spiegelbild nicht mit ihm zur Deckung bringen lässt. Bei den meisten organischen Molekülen liegt die Ursache in einem Chiralitätszentrum (Stereozentrum): einem Kohlenstoffatom mit vier verschiedenen Substituenten. In Formeln markiert man es mit einem Stern, $\mathrm{C^*}$.

Milchsäure (2-Hydroxypropansäure) $\mathrm{CH_3{-}C^*H(OH){-}COOH}$ ist chiral, denn C2 trägt H, OH, $\mathrm{CH_3}$ und COOH. Propansäure ist nicht chiral, denn C2 trägt zwei H-Atome. Aus demselben Grund ist Alanin chiral, Glycin nicht.

Stereoisomere haben dieselbe Konstitution (gleiche Atome, gleiche Verknüpfung), aber eine verschiedene räumliche Anordnung.

• Enantiomere verhalten sich wie Bild und Spiegelbild. Sie haben gleichen Schmelzpunkt, gleiche Löslichkeit und reagieren gleich mit achiralen Stoffen. Sie unterscheiden sich im Drehsinn von polarisiertem Licht und in der Wirkung auf chirale Partner wie Enzyme und Rezeptoren. Darum riechen oder wirken sie verschieden.
• Diastereomere sind Stereoisomere, die keine Enantiomere sind, zum Beispiel cis-trans-Isomere oder Moleküle mit mehreren Zentren, bei denen nicht alle Zentren gespiegelt sind. Sie haben verschiedene Schmelzpunkte und Löslichkeiten und lassen sich trennen.

Mit $n$ unabhängigen Chiralitätszentren gibt es höchstens $2^n$ Stereoisomere. Ein 1:1-Gemisch zweier Enantiomere heißt Racemat und dreht das Licht nicht.

Licht einer Wellenlänge, zum Beispiel das Natriumlicht (589 nm), wird durch einen Polarisator geschickt und schwingt danach nur in einer Ebene. Es durchläuft ein Rohr mit der Probenlösung. Chirale Stoffe drehen diese Ebene, sie sind optisch aktiv. Ein drehbarer Analysator zeigt den Drehwinkel $\alpha$ an: Man dreht ihn, bis das Bild so aussieht wie ohne Probe. Dreht der Stoff im Uhrzeigersinn (Blick zur Lichtquelle), ist er rechtsdrehend (+), sonst linksdrehend (−). Enantiomere drehen um denselben Betrag in entgegengesetzte Richtungen.

Der Winkel wächst mit der Konzentration $c$ (in g/mL) und der Rohrlänge $l$ (in dm). Die stoffspezifische Größe ist die spezifische Drehung. Beispiele: D-Glucose etwa +53°, Saccharose etwa +66,5°, D-Fructose etwa −92°.

In der Fischer-Projektion liegt die Kohlenstoffkette senkrecht, die am höchsten oxidierte Gruppe steht oben. Waagerechte Bindungen zeigen zum Betrachter, senkrechte von ihm weg, das Zentrum liegt im Kreuzungspunkt. Eine Drehung um 180° in der Zeichenebene ändert nichts. Vertauscht man zwei Substituenten an einem Zentrum, entsteht das Spiegelbild.

Die D/L-Konfiguration bezieht sich auf Glycerinaldehyd: D-Glycerinaldehyd hat die OH-Gruppe am Zentrum rechts, L links. Bei Zuckern entscheidet das Zentrum, das am weitesten von C1 entfernt ist: OH rechts bedeutet D, links L. Bei Aminosäuren steht die COOH-Gruppe oben und der Rest unten, NH2 links bedeutet L, rechts D. Natürliche Proteine bestehen aus L-Aminosäuren, die meisten natürlichen Zucker gehören zur D-Reihe. D und L sagen nichts über die Drehrichtung.

Die R/S-Nomenklatur beschreibt jedes Zentrum einzeln.
1. Ordne die vier Substituenten nach Priorität. Eine höhere Ordnungszahl des direkt gebundenen Atoms gibt die höhere Priorität (I, Br, Cl, S, O, N, C, H). Bei Gleichstand vergleicht man die Atome der nächsten Sphäre, beginnend mit dem höchsten. Eine Doppelbindung zählt, als wäre das Atom doppelt gebunden.
2. Schau so auf das Zentrum, dass der Substituent mit der niedrigsten Priorität (4) von dir wegzeigt.
3. Läuft 1 → 2 → 3 im Uhrzeigersinn, ist die Konfiguration R (rectus), gegen den Uhrzeigersinn S (sinister).

In der Fischer-Projektion zeigt ein waagerechter Substituent zum Betrachter. Steht die Gruppe 4 waagerecht, kehrt man das abgelesene Ergebnis um. Steht sie oben oder unten, liest man direkt.