Amfetamin, izomerleri olan kiral bir moleküldür. Özellikle tek bir stereomerkeze sahiptir, bu da birbirinin üst üste bindirilemeyen ayna görüntüleri olan iki olası stereoizomere [D-amfetamin, L-amfetamin] sahip olduğu anlamına gelir. Ayrıca bu iki stereoizomer aynı zamanda (R)-amfetamin ve (S)-amfetamin olarak adlandırılan enantiyomerlerdir. Farmakolojik açıdan bakıldığında, farklı enantiyomerlerin her biri, D-amfetaminin [(R)-amfetamin] uyanıklık, reaksiyon hızı, konsantrasyon, hafıza ve çok daha fazlasından sorumlu dopamin reseptörleri üzerinde daha yüksek bir aktiviteye sahip olduğu farklı psikoaktif etkilere sahiptir. Daha yüksek dozlarda bu spesifik reseptörlerin uyarılması öforiye neden olurken, L-amfetamin ilacın olumsuz etkilerine katkıda bulunur ve genellikle komedown hastalığı ve mide bulantısından sorumlu ana suçludur.
Stereokimya kullanılarak levodan dekstro izole edilerek saf D-amfetamin elde edilebilir. Teorik olarak bu, mümkün olan en az yan etkiyle en hoş öforik deneyim olmalıdır. Bunun en kolay yolu rasemik amfetamini L-tartarik asit ile reaksiyona sokmaktır. Bu reaksiyonda asit yalnızca levo yönelimiyle reaksiyona girerek reaksiyona girmemiş dekstro yönelimini çıkarmayı mümkün kılar.
Öte yandan metamfetamin tamamen farklı bir bileşiktir (farklı kimyasal formül). Doğası gereği, eklenen metil grubu (CH3-) nedeniyle amfetaminden daha güçlüdür. Bu onu daha lipofilik hale getirir. Bunun birincil sonucu, akciğerlerden yapıştığı kan hücreleri tarafından taşındıktan hemen sonra (sigara içiliyorsa) kan-beyin bariyerini kolayca geçme yeteneğidir. Bu özellik aynı zamanda vücuttaki yağ dokularında birikerek vücudun metabolize etmesini zorlaştırdığı için etkinin uzamasına ve etki gücünün artmasına neden olur. Beyinde, [dopamin, norepinefrin, serotonin] gibi monoamin nörotransmitterlerinin parçalanmasından sorumlu bir enzim ailesi olan MAO'lar tarafından metabolize edilir. MAO'lar metamfetamini doğrudan beyinde amfetamine dönüştürerek amfetamin uygulamasına kıyasla anında ve oldukça güçlü etkilere neden olur. Ayrıca, sitokrom P450 (CYP450) enzimleri gibi diğer enzimler tarafından da metabolize edilebilir, ancak bu MAO aracılı metabolizmaya kıyasla küçük bir yoldur.
Psikolojik etkiler açısından temelde tamamen aynıdırlar ve metamfetamin sadece çok daha güçlüdür.