Структурная изомерия
1. Изомерия положения сопряжённых двойных связей:

2. Изомерия углеродного скелета:

3. Межклассовая изомерия с алкинами и циклоалкенами.
Например, формуле С₄Н₆ соответствуют следующие соединения:

Пространственная изомерия
Диены, имеющие различные заместители при углеродных атомах у двойных связей, подобно алкенам, существуют в виде цис-транс-изомеров.

Кроме того, за счет вращения по σ-связи, разделяющей двойные связи, проявляется поворотная (конформационная) изомерия:

Анимация Некоторые химические реакции сопряженных диенов идут избирательно только с определенным поворотным изомером.