Amfetamiini on kiraalinen molekyyli, jolla on isomeerejä. Erityisesti sillä on yksi stereokeskus, mikä tarkoittaa, että sillä on kaksi mahdollista stereoisomeeria [D-amfetamiini, L-amfetamiini], jotka eivät ole toistensa päällekkäisiä peilikuvia. Lisäksi nämä kaksi stereoisomeeria ovat myös enantiomeerejä, jotka nimetään (R)-amfetamiiniksi ja (S)-amfetamiiniksi. Farmakologiselta kannalta eri enantiomeerit aiheuttavat kumpikin erilaisia psykoaktiivisia vaikutuksia, kun D-amfetamiinilla [(R)-amfetamiini] on suurempi aktiivisuus dopamiinireseptoreihin, jotka ovat vastuussa tarkkaavaisuudesta, reaktionopeudesta, keskittymiskyvystä, muistista ja paljon muuta. Suurempina annoksina näiden erityisten reseptorien stimulaatio aiheuttaa euforiaa, kun taas L-amfetamiini edistää huumeen kielteisiä vaikutuksia ja on pääsyyllinen usein comedown-sairauteen ja pahoinvointiin.
Stereokemian avulla voidaan eristää dextro levoista eristämällä puhdas D-amfetamiini. Teoriassa tämän pitäisi olla miellyttävin euforinen kokemus, jolla on mahdollisimman vähän sivuvaikutuksia. Helpoin tapa on reagoida raseeminen amfetamiini L-viinihapon kanssa. Tässä reaktiossa happo reagoi vain levo-orientaation kanssa, joten reagoimaton dextro-orientaatio voidaan erottaa.
Metamfetamiini taas on aivan eri yhdiste (eri kemiallinen kaava). Se on luonnostaan voimakkaampi kuin amfetamiini, koska siihen on lisätty metyyliryhmä (CH3-). Tämä tekee siitä lipofiilisemmän. Ensisijainen seuraus tästä on kyky läpäistä veri-aivoeste heti, kun se kulkeutuu verisoluihin, joihin se tarttuu keuhkoista (jos sitä poltetaan). Tämä ominaisuus johtaa myös pitkittyneisiin vaikutuksiin ja lisääntyneeseen tehoon, koska se myös kerääntyy rasvakudoksiin eri puolille kehoa, mikä vaikeuttaa kehon aineenvaihduntaa. Aivoissa se metaboloituu MAO:iden avulla, jotka ovat entsyymiperhe, joka on vastuussa monoamiinivälittäjäaineiden, kuten [dopamiinin, noradrenaliinin ja serotoniinin] hajottamisesta. MAO:t muuttavat metamfetamiinin amfetamiiniksi suoraan aivoissa aiheuttaen välittömiä ja erittäin voimakkaita vaikutuksia verrattuna amfetamiinin antamiseen. Lisäksi se voi metaboloitua myös muiden entsyymien, kuten sytokromi P450 (CYP450) -entsyymien, välityksellä, mutta tämä on vähäinen reitti verrattuna MAO-välitteiseen metaboliaan.
Psykologisten vaikutusten kannalta ne ovat periaatteessa täsmälleen samat, mutta metamfetamiini on yksinkertaisesti paljon voimakkaampi.