En el lento proceso que comenzó a partir de los trabajos de Kekulé y Couper, de caracterizar cada producto químico puro por una fórmula química, destacó Butlerov. En 1861 definió la estructura química como el modo de enlace mutuo entre los átomos de una molécula y admitió que sus ideas provenían de las publicaciones de Couper.
En 1863 Wurtz, profesor de Couper y repudiado por éste por no querer apadrinar sus ideas, difundió las fórmulas de Couper sin mencionarle, atribuyendolas a su propia invención.
Brown desarrolló en 1864 las formulas estructurales modernas donde cada enlace se designaba por una línea separada. Las fórmulas desarrolladas facilitaban la predicción de los isómeros.
Los primeros enlaces dobles y triples aparecieron en publicaciones de Loschmidt (1861), Erlenmeyer (1862) y Brown (1864). Loschmidt escribe una estructura circular para el benceno. Erlenmeyer parece haber acuñado el término "insaturado" para designar aquellos compuestos que contienen enlaces múltiples.
Kekulé, basándose en ideas de Butlerov publicadas en 1862, propuso en 1867 una disposición tetraédrica de las valencias del carbono y, soñando con moléculas en forma de serpientes que se mordían la cola, propuso en 1890 la estructura hexagonal del benceno, sugiriendo así la isomería orto, meta y para de los hidrocarburos aromáticos.
Otro éxito de la teoría estructural fue la explicación de por qué el éster acetoacético unas veces se comportaba como alcohol y otras como cetona: la tautomería.
