Les formules moléculaires qui sont également des formules empiriques représentent des composés dans lesquels tous les atomes du même élément sont liés de la même manière. Les exemples incluent le méthane (CH₄) et l'eau (H₂O), dans lesquels tous les atomes de carbone sont liés à quatre atomes d'hydrogène et tous les atomes d'hydrogène sont liés à un atome d'oxygène, respectivement. En revanche, les composés ayant des formules moléculaires différentes mais la même formule empirique sont appelés isomères. Par exemple, l’éthanol (C₂H₆O) et l’éther diméthylique (C₂H₆O) ont la même formule empirique (CH₃O), mais ils ont des structures et des propriétés moléculaires différentes.