L'isoleucina è un amminoacido apolare, la sua molecola è chirale. L'enantiomero L è uno dei 20 amminoacidi ordinari, il suo gruppo laterale è un sec-butile. L'isoleucina viene definita un amminoacido chetogenico, perché tra i prodotti della sua degradazione figura l’acido acetoacetico, un corpo chetonico. Negli esseri umani è essenziale, cioè deve essere assunto tramite il cibo, dato che l'organismo umano non è in grado di sintetizzarlo