Le formule molecolari che sono anche formule empiriche rappresentano composti in cui tutti gli atomi dello stesso elemento sono legati allo stesso modo. Gli esempi includono metano (CH₄) e acqua (H₂O), in cui tutti gli atomi di carbonio sono legati rispettivamente a quattro atomi di idrogeno e tutti gli atomi di idrogeno sono legati a un atomo di ossigeno. Al contrario, i composti con formule molecolari diverse ma la stessa formula empirica sono chiamati isomeri. Ad esempio, sia l'etanolo (C₂H₆O) che il dimetil etere (C₂H₆O) hanno la stessa formula empirica (CH₃O), ma hanno strutture e proprietà molecolari diverse.