Mnoge tvari mogu egzistirati u različitim strukturnim i kristalnim oblicima bez promjene njihova sastava. Takvo ponašanje tvari nazivamo alotropija i polimorfija. Međutim, u praksi mnogi ta dva pojma miješaju što dovodi do brojnih problema i nedoumica. Jöns Jakob Berzelius je 1841. bio prvi koji je uporabio naziv alotropija. Opisao ju je kao pojavu u kojoj tvar posjeduje isti sastav, ali različita svojstva. Početkom 20. stoljeća razvojem rendgenske strukturne analize, alotropija je definirana kao pojava u kojoj isti kemijski element posjeduje različite strukturne modifikacije (IUPAC). Najpoznatiji primjer te pojave jesu alotropi ugljika među kojima su grafit, dijamant, fuleren i grafen. Prema IUPAC-ovim definicijama, polimorfe elementarnih tvari možemo nazvati alotropima, što je svakako zbunjujuće jer se jedan pojam nepotrebno prelijeva preko drugoga. Međutim, postoji način kojim se to može izbjeći. Ako su atomi istog kemijskog elementa u dvama elementarnim tvarima drukčije kemijski povezani onda su te dvije elementarne tvari međusobno alotropi (ovo tumačenje je bliže prvotnom shvaćanju alotropije). Iz toga slijedi da niti jedan par polimorfa nisu alotropi i, obratno, niti jedan par alotropa nisu polimorfi. Nadalje, polimorfija se u znanstvenim krugovima spominje stotinjak godina prije alotropije kada je njemački liječnik Martin Heinrich Klaproth 1788. opisao tri različite kristalne strukture kalcijeva karbonata; aragonit, kalcit i vaterit. Polimorfija je pojava u kojoj ista tvar posjeduje dvije ili više različitih kristalnih struktura. Alotropi i polimorfi bitni su u svakodnevnom životu jer varijabilnost u strukturi iste tvari omogućava upotrebljivost te tvari u raznim domenama života zbog različitih kemijskih i fizikalnih svojstava. Najvažnija upotreba alotropa ugljika je grafit u olovci te dijamant za brušenje i izradu nakita. Kod polimorfa u farmaceutici i agronomiji najvažnija su njegova fizikalna svojstva. Djelatna tvar obično sadržava molekule koje se vežu za neki receptor i „liječe“. Ukoliko djelatna tvar kristalizira u nekoliko polimorfa različitih fizikalnih svojstava onda može doći do razlike u djelovanju (primjerice, ukoliko je jedan polimorf manje topljiv od drugog onda se njegovom konzumacijom i otapanjem oslobodi manje molekula djelatne tvari i proces liječenja nije učinkovit).