定義
存在E和F兩個集合，且對於E、F各存在一種運算，我們記作（符號可更換）*和·，對於E、F，*、·分別封閉（即對於任意兩個集合內的元素，進行運算之後依然為該集合的元素，詳情見群論）。我們說f是一個同構若且唯若f∈Γ（E,F） 和f是一個雙射且對於E內的任意元素a，b都有f(a*b)=f(a)·f(b)。如果上面所描述的E、F為同一集合E，則說f是一個自同構。
常見的同構有：群同構，環同構，域同構，向量空間同構。
正式表述
同構是在數學對象之間定義的一類映射,它能揭示出在這些對象的屬性或者操作之間存在的關係。若兩個數學結構之間存在同構映射，那么這兩個結構叫做是同構的。一般來說，如果忽略掉同構的對象的屬性或操作的具體定義，單從結構上講，同構的對象是完全等價的。
假設M，M′是兩個乘集，也就是說M和M′是兩個各具有一個閉合的結合法（一般寫成乘法）的代數系，σ是M射到M′的雙射，並且任意兩個元的乘積的像是這兩個元的像的乘積，即對於M中任意兩個元a,b,滿足σ（a·b）=σ（a）·σ（b）；也就是說，當a→σ（a），b→σ（b）時，a·b→σ（a）·σ（b）；那么這映射σ就叫做M到M′上的同構。又稱M與M′同構，記作M～M′。
目的
在數學中研究同構的主要目的是為了把數學理論套用於不同的領域。如果兩個結構是同構的，那么其上的對象會有相似的屬性和操作，對某個結構成立的命題在另一個結構上也就成立。因此，如果在某個數學領域發現了一個對象結構同構於某個結構，且對於該結構已經證明了很多定理，那么這些定理馬上就可以套用到該領域。如果某些數學方法可以用於該結構，那么這些方法也可以用於新領域的結構。這就使得理解和處理該對象結構變得容易，並往往可以讓數學家對該領域有更深刻的理解。
