定義
指一類特殊的同分異構現象。其特點是含有雜原子(如氮、氧或硫原子)的兩個同分異構體，其結構差異僅在于質子和相應的雙鍵的遷移，且這兩個異構體共存于一個平衡體系中，以相當高的速率互相變換着。
酮-烯醇互變異構是較普遍的現象，它可以被酸或堿所催化。
互變異構轉變曆程
正離子移變
分子中原子或者原子團以正離子形式發生轉移，這種過程稱為正離子轉變。
1、單分子質子轉變曆程
這一曆程表示，失去質子和得到質子是分步進行的，一般酸性較強的物質或極性較強的溶劑，有利于這一曆程進行；在酸催化下，則是借助“O”的質子化來催化進行的。
2、雙分子質子轉變曆程
當化合物酸性很弱時，物質不能向上述的曆程那樣出現負離子，而是質子由一個位置轉移到另一個位置是協同進行的。
負離子移變
1、單分子曆程
特點：形成碳正離子中間體。
2、雙分子曆程
特點：協同曆程。
3、分子内曆程
鄰苯二甲酸酯在酸催化下的互變異構就是分子内的負離子移變。
重要的結構
酮式-烯醇式互變
酮式——烯醇式互變是指因酮或醛和烯醇之間的化學平衡。
酮與一種稱為烯醇的形式處于平衡狀态，烯醇這個名字源于這樣一個事實，烯醇是含羰基( C = O )的基團，如醛或酮和醇羟基( OH )的組合。這兩種形式之間的相互轉換是由一種叫做互變異構的過程産生的。
此平衡出現的原因是，酮和醛等羰基化合物具有酸性的α-質子，在不同的PH值下進行質子的轉移，形成酮式和烯醇式；所以，烯醇式是酮和醛的一種存在形式，不同的酮在溶液中，有不同的烯醇式含量，可以經由H核磁共振所測定；一般烯醇式的含量由5%至95%不等，視乎羰基化合物的結構、溫度、溶劑和pH值等。
舉例說明
某些有機化合物的結構以兩種官能團異構體互相迅速變換而處于動态平衡的現象。
例如，乙酰乙酸乙酯是酮式和烯醇式的平衡混合物：在乙酰乙酸乙酯中加入能與酮作用的足夠試劑後，乙酰乙酸乙酯将全部以酮式起反應；同樣，加入足夠量的烯醇試劑後，則能全部以烯醇式起反應。
酮式中的活潑亞甲基由于同時受兩個吸電子的羰基影響，其氫原子變得很活潑，容易作為氫離子離開，同時使活潑亞甲基的碳原子上的電子對發生共轭轉移，負電荷落在内氧原子上。
分子中的兩個羰基的親電子性能不同，酮的羰基親電性較強，氧上容易帶有負電荷，形成烯醇式結構。酮式和烯醇式迅速互相變換，互為變異構體；這兩種異構體在低溫（-78℃）時互變速率很慢，可将它們分開。
此外，還有環已酮的酮式和烯醇式的互變異構現象等。
常見的互變異構
酮 - 烯醇，例：丙酮。參見酮-烯醇互變異構。
酰胺 - 亞胺酸，例：腈水解反應。
内酰胺 - 内酰亞胺，雜環中的酰胺-亞胺酸互變異構，例：鳥嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶。
烯胺 - 亞胺烯胺 - 烯胺，例：磷酸吡哆醛催化的酶反應。
質子轉移互變異構（Prototropic tautomerism）可以看作酸堿反應的一種，涉及質子的轉移。
環内互變異構（Intra-annular tautomerism）是質子轉移互變異構的一種，其中質子可以占雜環中的兩個或多個位置，例如：1H-和3H-咪唑；1H-、2H-和4H-1,2,4-三唑；1H-和2H-異吲哚。
環-鍊互變異構（Ring-chain tautomerism）也是質子轉移互變異構的一種，還伴随有化合物鍊狀結構與環狀結構的轉化，例如葡萄糖的醛式和吡喃式。
價互變異構（Valence tautomerism）涉及化合物成鍵電子的迅速重組，例如瞬烯以及某些雜環化合物中存在的鍊狀-環狀互變，如疊氮化物 - 四唑。價互變異構體與共振結構和内消旋化合物不同，涉及化合物的分子結構是不同的。
