Основная идея теории А.М. Бутлерова сформулирована в 1861г. в статье «О химическом строении вещества».

В своей теории Бутлеров дает понятие химического строения вещества и новое определение природы вещества: «Химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением».

Бутлеров считал, что для каждого соединения возможна лишь одна структурная формула, причем в будущем, когда будет полностью выяснена зависимость свойств от строения, формула соединения должна выражать все его свойства.

Замечательным успехом теории строения явилось объяснение явления изомерии.Так, к цепи из трех атомов углерода четвертый углеродный атом может быть присоединен двояким образом: а) к одному из двух крайних атомов и б) к среднему атому. Следовательно, возможен не один, а два различных порядка связи атомов в молекулах общей формулы С₄Н₁₀:

Таким образом, молекулярной формулой С₄Н₁₀могут обладать вещества,имеющие одинаковый качественный и количественный состав, а так же одинаковую молекулярную массу, но отличающиеся по расположению атомов в молекулах. Такие вещества называются изомерами.

В современной интерпретации основные положения и следствия теории строения Бутлеровамогут быть сформулированы следующим образом:

В молекулах соединений существует определенный порядок связи атомов, который и носит название строения.

Химические свойства соединения определяются составом и строением его молекул.

Различное строение при одном и том же составе и молекулярной массе вещества обусловливает явление изомерии.

Так как при отдельных реакциях изменяются не все, а только некоторые части молекул, то, изучая продукты химических превращения соединения, можно установить его строение.

Химический характер (т. е. реакционная способность) атомов, входящих в молекулу, меняется в зависимости от того, с какими атомами они связаны в данной молекуле. Это изменение химического характера обусловливается главным образом взаимным влиянием непосредственно связанных друг с другом атомов. Взаимное влияние атомов, не связанных непосредственно, обычно проявляется значительно слабее.