As fórmulas moleculares que também são fórmulas empíricas representam compostos nos quais todos os átomos do mesmo elemento estão ligados da mesma maneira. Os exemplos incluem metano (CH4) e água (H2O), nos quais todos os átomos de carbono estão ligados a quatro átomos de hidrogênio e todos os átomos de hidrogênio estão ligados a um átomo de oxigênio, respectivamente. Em contraste, compostos com fórmulas moleculares diferentes, mas com a mesma fórmula empírica, são chamados de isômeros. Por exemplo, tanto o etanol (C₂H₆O) quanto o éter dimetílico (C₂H₆O) têm a mesma fórmula empírica (CH₃O), mas possuem estruturas e propriedades moleculares diferentes.