Stereochemie (stereo znamená trojrozměrnost, zkracuje se také na 3D chemie) je vědní obor chemie, který se zabývá prostorovým uspořádáním atomů v molekulách a jeho vlivem na vlastnosti molekul a průběh chemických reakcí.
Stereochemie se zaměřuje na stereoizomery, které mají podle definice stejný molekulární vzorec a sekvenci vázaných atomů (konstituce), ale liší se trojrozměrnou orientací svých atomů v prostoru.
Stereochemie se dělí na dva podobory:
Studium stereochemických jevů pokrývá celou oblast organické, anorganické, fyzikální a supramolekulární chemie i biochemie. Významným nástrojem stereochemie je polarimetrie.