L'anfetamina è una molecola chirale che presenta isomeri. In particolare, ha un singolo stereocentro, il che significa che ha due possibili stereoisomeri [D-anfetamina, L-anfetamina] che sono immagini speculari non sovrapponibili l'una dell'altra. Inoltre, questi due stereoisomeri sono anche enantiomeri, designati come (R)-anfetamina e (S)-anfetamina. Da un punto di vista farmacologico, i diversi enantiomeri hanno effetti psicoattivi diversi: la D-anfetamina [(R)-anfetamina] ha un'attività maggiore sui recettori della dopamina, responsabili della vigilanza, della velocità di reazione, della concentrazione, della memoria e molto altro. A dosi più elevate, la stimolazione di questi recettori specifici provoca euforia, mentre la L-anfetamina contribuisce agli effetti negativi della droga ed è il principale responsabile della nausea e del mal di testa.
Utilizzando la stereochimica si può isolare la dextro dalla levo, ottenendo così la D-anfetamina pura. In teoria, questa dovrebbe essere l'esperienza euforica più piacevole e con il minor numero possibile di effetti collaterali. Il modo più semplice è far reagire l'anfetamina racemica con l'acido L-tartarico. In questa reazione l'acido reagisce solo con l'orientamento levo, rendendo possibile l'estrazione dell'orientamento destrogiro non reagito.
La metamfetamina, invece, è un composto completamente diverso (formula chimica diversa). Per natura è più potente dell'anfetamina a causa dell'aggiunta del gruppo metile (CH3-). Ciò la rende più lipofila. Il risultato principale è la capacità di passare immediatamente la barriera emato-encefalica una volta trasportata dalle cellule del sangue a cui aderisce dai polmoni (se fumata). Questa proprietà porta anche a effetti prolungati e a una maggiore potenza, poiché si accumula anche nei tessuti grassi del corpo, rendendone più difficile la metabolizzazione. Nel cervello viene metabolizzata dalle MAO, una famiglia di enzimi responsabili della degradazione dei neurotrasmettitori monoaminici come [dopamina, noradrenalina e serotonina]. Le MAO convertono la metamfetamina in anfetamina direttamente nel cervello, provocando effetti immediati e molto potenti rispetto alla somministrazione di anfetamina. Inoltre, può essere metabolizzata anche da altri enzimi, come quelli del citocromo P450 (CYP450), ma si tratta di una via minore rispetto al metabolismo mediato dalle MAO.
In termini di effetti psicologici sono sostanzialmente identici, con la metanfetamina che è semplicemente molto più potente.