Las fórmulas moleculares que también son fórmulas empíricas representan compuestos en los que todos los átomos de un mismo elemento están unidos de la misma manera. Los ejemplos incluyen metano (CH₄) y agua (H₂O), en los que todos los átomos de carbono están unidos a cuatro átomos de hidrógeno y todos los átomos de hidrógeno están unidos a un átomo de oxígeno, respectivamente. Por el contrario, los compuestos con diferentes fórmulas moleculares pero la misma fórmula empírica se denominan isómeros. Por ejemplo, tanto el etanol (C₂H₆O) como el dimetiléter (C₂H₆O) tienen la misma fórmula empírica (CH₃O), pero tienen diferentes estructuras y propiedades moleculares.