생체분자를 이성질체로 변화시키는 반응을 촉매하는 효소의 총칭. 예를 들어 아미노산의 하나인 알라닌에는 D-알라닌과 L-알라닌의 두 광학이성질체가 존재하며 알라닌라세마아제라는 이성질화효소는 D형을 L형으로, 또는 그 반대로 L형을 D형으로 바꾸는 반응을 촉매한다.

1961년에 국제생체화학연합이 제안한 효소의 분류명명법에서 이성질화효소는 제5류에 분류되고 다시 이는 반응양식의 차이에 따라 다음의 5종으로 구분된다.

① 기질(基質)분자 속의 하나의 비대칭탄소와 결합한 작용기의 입체배위를 전위(轉位) 하는 것. 라세마아제나 에피메라아제 외에 전술한 알라닌라세마아제도 포함된다.

② 2중결합을 포함하는 기질의 기하이성질체의 시스 · 트랜스 상호변환을 하는 것. 예를 들어 말레산 이성질화효소는 말레산과 푸마르산을 상호변환한다.

③ 기질이 분자내의 산화환원을 수반하고 이성질체화하는 것. 트리오스인산 이성질화효소가 이에 포함된다.

④ 기질분자내에서 아실기 · 아미노기 · 인산기 등의 기를 다른 부위에 옮기는 것. 무타아제라고 한다.

실례로 포스포글리세르산무타아제는 글리세롤의 2위치의 히드록시기와 결합한 인산기를 3위치로 옮긴다.

⑤ 기질분자내에서 제거반응과 첨가반응을 하는 것. 미오이노시톨-1-인산 신타아제가 이에 포함된다.