Umlagerung, Isomerisierung, eine intramolekulare Wanderung von Atomen oder Atomgruppen, die oft reversibel verläuft. U. sind immer dann zu erwarten, wenn im Verlaufe einer Reaktion koordinativ ungesättigte Atome auftreten. Ein Elektronensextett mit oder ohne positiver Ladung an einem Atom ist die Ursache für Sextettumlagerungen. Wenn die beiden Atome, mit denen der wandernde Rest vor und nach der U. verbunden ist, direkt benachbart sind, spricht man von nucleophilen 1,2-Umlagerungen (innere nucleophile Substitution). Die Richtung der Reaktion wird von der relativen Stabilität der Spezies mit Elektronensextett, von sterischen Faktoren, Nachbargruppeneffekten und von Lösungsmitteleffekten beeinflußt. Schlüsselatome mit Elektronensextett im Reaktionsverlauf können Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff sein. Beispiele für U. am Kohlenstoffatom mit Elektronensextett sind die Pinacol-Pinacolon-Umlagerung, die Wagner-Meerwein-Umlagerung, die Wolff-Umlagerung, für U. am Stickstoffatom mit Elektronenlücke der Hofmann-Abbau, der Lossen-Abbau, die Schmidt-Reaktion, der Curtius-Abbau, die Beckmann-Umlagerung, für U. am Sauerstoffatom mit Elektronenlücke die Hocksche Phenolsynthese, die Baeyer-Villiger-Oxidation. Die Wanderungstendenz der wandernden Gruppe hängt von deren nucleophiler Kraft ab. Sextettumlagerungen verlaufen in Richtung zur energieärmeren Spezies mit Elektronensextett auf einem Reaktionsweg, der die geringsten Veränderungen der an der Reaktion beteiligten Substituenten erfordert.

Von entarteter U. spricht man, wenn Reaktant und Produkt identisch sind (gleicher Energieinhalt, gleiche Struktur). Beispiele hierfür sind die Cope-Umlagerung z. B. von Hexa-1,5-dien, 3,4-Homotropiliden oder von Bullvalen. Beim Cycloocta-1,3,5,7-tetraen liegt eine entartete Valenzisomerisierung (Valenztautomerie) vor. Eine entartete U. ist durch NMR-Spektroskopie nachweisbar.