Alle Monosaccharide außer Dihydroxyacaton enthalten mindestens ein asymmetrisches C-Atom. Das heißt, an ein Kohlenstoffatom sind vier verschiedene Atome oder funktionelle Gruppen gebunden. Ein asymmetrisches C-Atom kann in zwei verschiedenen stereoisomeren Formen vorliegen, die sich zu einander verhalten, wie linke und rechte Hand oder wie Bild und Spiegelbild. Die asymmetrischen C-Atome haben die Fähigkeit die Schwingungsebene polarisierten Lichts nach rechts (+) und nach links (-) zu drehen, wenn sie in wässriger Lösung sind. Deshalb nennt man sie auch optische Antipoden. Diese unterscheiden sich jedoch nur bei ihrer chemischen Reaktion mit Enzymen, da sie in ihrer Umsetzung unterschiedlich schnell sind. Die Zuordnung des asymmetrischen C-Atoms geschieht durch die Stellung der Hydroxylgruppe, welche am weitesten von der Aldehyd- und Ketogruppe entfernt ist.
Durch die [[Monosaccharide#Modelle von MS|Strukturformel]] kann ein Molekül in Ring- oder Kettenform dargestellt werden. Monosaccharide mit bis zu vier Kohlenstoffatomen werden in Kettenform und ab dem fünften in Ringform dargestellt.
Manche Monosaccharide enthalten Aldosen oder Ketosen, sowie zwei oder mehr Hydroxylgruppen.
