Hiralitāte ļauj izskaidrot, kāpēc savienojumi ar vienādām molekulformulām atšķiras to bioloģiskajās īpašībās un telpiskajā uzbūvē. Hirālo centru definēšanai izmanto D/L un R/S nomenklatūras, kas atvieglo savienojumu nosaukšanu.

Par ģeometriskās optikas “zelta laikmetu” tiek uzskatīta 19. gs. pirmā puse, kad vairāki franču zinātnieki pētīja difrakciju, interferenci un gaismas polarizāciju. Ļoti ātri uzmanību piesaistīja gaismas lineārā polarizācija un polarizācijas plaknes rotācija; tika ņemta vērā iespējamā saistība starp šīm parādībām un vielas struktūru. Optiskā aktivitāte ir vielas spēja pagriezt gaismas polarizācijas plakni, un to 1815. gadā atklāja franču fiziķis Žans Batists Bio (Jean-Baptiste Biot). Luijs Pastērs (Louis Pasteur) 1848. gadā veica vairākus novērojumus, kas pēc pāris gadiem ļāva izteikt idejas, kas ir stereoķīmijas pamatā. Organisko šķīdumu optisko aktivitāti nosaka savienojumu molekulārā asimetrija, ko rada spoguļattēlu struktūras. Loģisku turpinājumu šai idejai 1874. gadā praktiski vienlaikus veica nīderlandiešu fizikālais ķīmiķis Jakobs Henriks van’t Hofs (Jacobus Henricus van ’t Hoff Jr.) un franču ķīmiķis Žozefs Ašils Le Bels (Joseph-Achille Le Bel), kuri izteica teoriju, ka organiski savienojumi ir attēlojami trijās dimensijās. Līdz šim laikam bija zināms, ka ogleklis spēj veidot četras saites, ko bija noteicis vācu ķīmiķis Augusts Kekulē (August Kekulé) 1858. gadā. Ž. A. Le Bels un J. H. van’t Hofs izvirzīja pieņēmumu, ka četraizvietots oglekļa atoms nav planārs, bet gan izliektā veidolā atrodas trīsdimensiju telpā. Precīzāku modeli izvirzīja tieši J. H. van’t Hofs, kurš apgalvoja, ka oglekļa atoma četri aizvietotāji atrodas tetraedra virsotnēs, bet pats oglekļa atoms – tetraedra centrā. Savienojums, kur oglekļa atoms satur četrus atšķirīgus aizvietotājus, ko J. H. van’t Hofs definēja kā asimetrisku oglekļa atomu, būtu spējīgs pastāvēt divās atšķirīgās formās, kas savā starpā ir nesavienojamas, proti, ir spoguļattēli viena otrai. Abi zinātnieki izteicās, ka šī asimetriskā oglekļa esamība ir molekulārās asimetrijas pamats (izrietoši – arī optiskās īpašības).

Lai aprakstītu savienojumus, ir nepieciešams noteikt savienojumu absolūto struktūru, kas satur arī stereocentrus. Par stereocentriem sauc hirālus atomus – ja tiem vietām samaina divus no aizvietotājiem, tiek iegūta molekula, ko nav iespējams pārveidot tā, lai iegūtu sākotnējo. Piemēram, ja apskata dabīgo aminoskābi L-alanīnu, tad tam ir atrodams viens stereocentrs – oglekļa atoms, kas ir saistīts ar metilgrupu, aminogrupu, karboksilgrupu un ūdeņradi. Šajā alanīna molekulā aminogrupa ir vērsta ārpus plaknei (pildītā saite), bet ūdeņraža atoms ir vērsts plaknē (raustītā saite). Ja apmaina aminogrupas un ūdeņraža atomu saistības vietas, tad iegūst D-alanīnu. Savienojuma molekulformula ir saglabājusies nemainīga, tomēr savienojuma telpiskais attēlojums ir mainījies, proti, nav iespējams iegūt sākotnējo L-alanīna molekulu, nepārraujot ķīmiskās saites. Tāds pats novērojums būtu iegūstams, ja L-alanīna molekulu attēlotu spoguļattēlā. D-alanīns un L-alanīns ir spoguļizomēri, kurus var definēt kā enantiomērus. Ja enantiomēru attiecība maisījumā ir 1:1, to sauc par racemātu. 

D un L burti pirms savienojuma nosaukuma ir viens no nomenklatūras veidiem, kā aprakstīt stereocentrus. Lai noteiktu, vai stereocentram ir D vai L konfigurācija, ir jāuzzīmē molekulas Fišera projekcija. Alanīna gadījumā oglekļu virkni attēlo vertikāli un aizvietotājus pa labi un pa kreisi. Ja aminogrupa tiek virzīta uz kreiso pusi, tad šim stereocentram ir L konfigurācija, ja pa labi – tad D. Ja molekulā ir vairāk par vienu stereocentru, tad ērtāk ir lietot R/S nomenklatūru. Lai stereocentram noteiktu konfigurāciju, ir nepieciešams tā aizvietotājus sakārtot pēc prioritātes jeb pēc tā, kurš no aizvietotājiem ir ar lielāku kārtas skaitli. Ja to kārtas skaitlis ir vienāds, tad salīdzina tālākos aizvietotājus. Alanīna stereocentrā pirmais kārtas skaitlis ir aminogrupai, otrais – karboksilgrupai, trešais – metilgrupai, bet ceturtais – ūdeņraža atomam. Lai gan karboksilgrupa un metilgrupa abas ir saistītas ar oglekļa atomu, tomēr karboksilgrupas ogleklim blakus atrodas divi skābekļa atomi, kuru kārtas skaitlis ir lielāks nekā metilgrupas ūdeņražiem. Pēc tam molekula ir jāpagriež tā, lai aizvietotājs ar zemāko prioritāti tiek virzīts ārā no plaknes, proti, ir attēlots ar pildīto saiti. Tad novieto savu roku ar īkšķi “jaunākā” aizvietotāja virzienā, proti, šajā gadījumā – uz augšu. Visbeidzot, ja visi aizvietotāji ir novietoti pulksteņa rādītāja virzienā, tad šo stereocentru apzīmē kā R, ja pretēji, tad kā S. Līdz ar to D-alanīnam atbilst R-alanīns (R-2-aminopropānskābe), bet L-alanīnam – S-alanīns.

Ja molekulā ir vairāk nekā viens stereocentrs, tad ir iespējams novērot diastereomēru veidošanos. Diastereomēri ir stereoizomēri, kas nav identiski spoguļattēli. Piemērs ir 2-aminopentān-3-ols, kam ir divi stereocentri. Viens no tiem atrodas pie otrā oglekļa, bet otrs – pie trešā. Savienojumam 1, kur otrā stereocentra konfigurācija ir R, bet trešā – S, var uzzīmēt enantiomēru. Savienojums 4 ir tā enantiomērs, jo tas ir kā spoguļattēls savienojumam 1, proti, to stereocentri ir pretēji viens otram. Tomēr, ja kāds no stereocentriem sakrīt, bet citi atšķiras, tad šādus savienojumus var saukt par savienojuma 1 diastereomēriem. Apskatītajā gadījumā savienojuma 1 diastereomēri ir savienojums 2 un savienojums 3, kur attiecīgi sakrīt trešā oglekļa konfigurācija un otrā oglekļa konfigurācija.

Hirāli savienojumi spēj šķīdumā griezt polarizētas gaismas plakni. Savienojumiem, kas polarizētu gaismu griež pretēji pulksteņa rādītāja virzienam, pirms to nosaukumiem mēdz izmantot zīmi “-”. Savienojumiem, kas polarizētu gaismu griež pulksteņa rādītāja virzienā, pirms to nosaukumiem lieto zīmi “+”. Gaismas pagriezienu mēra ar polarimetru. Mēraparāts ļauj uzzināt, kāds ir savienojuma optiskais pagrieziens, kas ir viens no hirālu savienojumu raksturlielumiem.

Hirālu savienojumu raksturošanai ir nepieciešams izdalīt katru no enantiomēriem brīvā formā, jo racemātam nav novērojams optiskais pagrieziens. Enantiomērus ir iespējams atdalīt, veicot hirālo atdalīšanu. Viena no metodēm ir sāļu veidošana. Tad tiek iegūts sāls, kas satur vienu no attīrāmā savienojuma enantiomēriem un dabā sastopamu hirālu savienojumu (piemēram, skābes gadījumā – ābolskābi, bāzes gadījumā – amīna brucīnu). Daži racēmiski savienojumi var tikt kristalizēti bez piedevu pievienošanas, tādējādi veidojot enantiomēriski tīrus kristālus. Viens no šādiem savienojumiem ir nātrija amonija tartrāts, ko 1848. gadā L. Pastērs ieguva un ar mikroskopa palīdzību sadalīja “labējos” un “kreisajos” kristālos. Tie atbilda attiecīgi L un D formām.

Šķidruma hromatogrāfija ir vēl viena metode, kas tiek izmantota, lai sadalītu hirālus savienojumus. Lai sadalītu enantiomērus, tiek izmantotas īpašas hirālas šķidrumu hromatogrāfijas kolonnas. Tajās esošā stacionārā fāze satur hirālus savienojumus, visbiežāk amilozi, celulozi vai ciklodekstrīnu, kas saistīti ar silikagelu.