Den stereokemiske betegnelse diastereotopisk henviser til forholdet mellem to grupper i et molekyle, som, hvis de blev udskiftet, ville give forbindelser, der er diastereomerer. Diastereotopiske grupper er ofte, men ikke altid, identiske grupper, der er knyttet til det samme atom i et molekyle, som indeholder mindst ét chiralt center.
For eksempel er de to hydrogenatomer i CH2-delen i (S)-2-bromobutan diastereotopiske. Udskiftning af det ene hydrogenatom (farvet blåt) med et bromatom vil give (2S,3R)-2,3-dibromobutan. Udskiftning af det andet hydrogenatom (farvet rødt) med et bromatom giver diastereomer (2S,3S)-2,3-dibrombutan.
 |
 |
 |
| (S)-2-bromobutan | (2S,3R)-2,3-dibromobutane | (2S,3S)-2,3-dibromobutan |
I chirale molekyler, der indeholder diastereotope grupper, som f.eks. i 2-bromobutan, er der ikke noget krav om enantiomerisk eller optisk renhed; uanset dens andel vil hver enantiomer generere enantiomersæt af diastereomere ved substitution af diastereotopiske grupper (selv om mesoisomere, som i tilfælde af substitution med brom i 2-bromobutan, strengt taget ikke har nogen enantiomer).
Diastereotopiske grupper er ikke spejlbilleder af hinanden omkring et hvilket som helst plan. De er altid forskellige, i ethvert miljø, men kan måske ikke skelnes. F.eks. er begge par CH2-hydrogener i ethylphenylalaninathydrochlorid (PhCH2CH(NH3+)COOCH2CH3 Cl-) diastereotopiske og giver begge par af forskellige 1H-NMR-signaler i DMSO-d6 ved 300 MHz, men i det tilsvarende ethyl-2-nitrobutanoat (CH3CH2CH(NO2)COOCH2CH3) er det kun CH2-gruppen ved siden af det chirale center, der giver forskellige signaler fra sine to hydrogener med samme instrument i CDCl3. Sådanne signaler er ofte komplekse på grund af små forskelle i kemisk forskydning, overlapning og en yderligere stærk kobling mellem geminale hydrogener. På den anden side giver de to CH3-grupper i ipsenol, som er tre bindinger væk fra det chirale center, separate 1H-dubletter ved 300 MHz og separate 13C-NMR-signaler i CDCl3, men de diastereotope hydrogener i ethylalaninathydrochlorid (CH3CH(NH3+)COOCH2CH3 Cl-), som også er tre bindinger væk fra det chirale center, viser næppe adskilte 1H-NMR-signaler i DMSO-d6.
Diastereotope grupper forekommer også i achirale molekyler. For eksempel er et hvilket som helst par CH2-vandrogener i 3-pentanol (figur 1) diastereotopiske, da de to CH2-kulbrinter er enantiotopiske. Substitution af et af de fire CH2-vandrogener skaber to chirale centre på én gang, og de to mulige hydrogen-substitutionsprodukter ved et hvilket som helst CH2-kulstof vil være diastereomerer. Denne type forhold er ofte lettere at påvise i cykliske molekyler. For eksempel er ethvert par CH2-hydrogener i cyclopentanol (figur 2) på samme måde diastereotopiske, og dette er let at skelne, da et af hydrogenerne i parret vil være cis til OH-gruppen (på samme side af ringfladen), mens det andet vil være trans til den (på den modsatte side).
Udtrykket diastereotopisk anvendes også på identiske grupper, der er knyttet til den samme ende af en alkenen-delen, som, hvis de blev udskiftet, ville generere geometriske isomerer (som også falder ind under kategorien diastereomerer). Således er CH2-hydrogenerne i propen diastereotopiske, idet den ene er cis i forhold til CH3-gruppen og den anden er trans i forhold til denne, og udskiftning af den ene eller den anden med CH3 ville give cis- eller trans-2-buten.
Diastereotopicitet er ikke begrænset til organiske molekyler, ej heller til grupper knyttet til kulstof eller til molekyler med chirale tetraedriske (sp3-hybridiserede) centre: For eksempel er hydrogenparret i enhver CH2- eller NH2-gruppe i tris(ethylendiamin)chrom(III)-ionen (Cr(en)33+), hvor metalcentret er chiralt, diastereotopisk (figur 2).
Udtrykkene enantiotopisk og diastereotopisk kan også anvendes på fladerne af plane grupper (især carbonylgrupper og alkenmolekyler). Se Cahn-Ingold-Prelog prioritetsreglen.