A felhalmozódó kísérleti tények magyarázatára a múlt század derekán létrejött a szerkezetelmélet, amelynek kialakításában a ,,nagy klasszikusok", Kekulé, Butlerov és mások vállaltak oroszlánrészt. A szerkezetelmélet lehetővé tette a meglevő ismeretanyag rendszerezését, és segítségével sikerült vegyületcsoportokat genetikus kapcsolatba hozni (pl. aromás vegyületek, alifás vegyületek stb.). A mondottak alapján újabb lendületet vett a kutatás. Létrejött a hatalmas szerves vegyipar, új vegyületek százezreit állították elő.
A klasszikus szerkezetelméletre támaszkodva széles körű és bő lexikális ismeret- anyagra van azonban szükségünk, ha egy reakció várható lefolyásáról kívánunk képet alkotni magunknak, miután többnyire az analógiákra támaszkodhatunk csupán. Ismernünk kell 10-15 hasonló reakció lefutását ahhoz, hogy kellő valószínűséggel tudjuk a bekövetkező eseményeket megjósolni. A klasszikus elmélet alapján a rendszerezés is túlságosan bonyolulttá kezd válni.
Az utóbbi néhány évtizedben a fizikai kémia, valamint a preparatív kémia módszereinek nagyarányú fejlődése lehetővé tette a szerves molekulák finomabb szerkezeté nek, és a reakciók mechanizmusának alaposabb vizsgálatát.