酒石酸碳鏈中段有兩個相鄰的手性碳原子，他們各自的絕對構型及兩個手性碳原子之間絕對構型的關系會影響酒石酸的光學性質乃至化學性質。當兩個手性碳原子的絕對構型相同時，根據絕對構型的類型，其被分為一對旋光異構體(互為對方的鏡像)：L-酒石酸(絕對構型均為R)與D-酒石酸(絕對構型均為S)。而當兩個手性碳原子的絕對構型不同時，在某些構象中整個酒石酸分子可以具有對稱中心或鏡面，這使得這種酒石酸分子失去旋光性(失去手性，可以和自身的鏡像重合)而成為內消旋體，即下圖中的meso-酒石酸。

自然界的手性對稱性破缺，即對很多具有手性的化合物來說，生物體內某一種手性的化合物占絕大多數，酒石酸就是一個經典的例子：大多數生物中含有的酒石酸都是L-酒石酸，R-酒石酸在天然產物中很罕見，只以比較高的含量存在于西非馬里的一種植物里。內消旋酒石酸則在工業(yè)合成酒石酸時大量生成：馬來酸酐和雙氧水作用后水解主要制得內消旋酒石酸。

D-酒石酸與L-酒石酸互為旋光異構體，它們的化學性質相同，僅僅在手性環(huán)境中它們的化學性質會有差異；但內消旋酒石酸與D-酒石酸或L-酒石酸間為非對映異構體，它們互相之間無法通過鏡像操作得到對方，也正因此它們的化學性質不同。以酸性為例，內消旋酒石酸的pKa1=3.29，pKa2=4.92，而D-酒石酸和L-酒石酸的pKa1均為3.03，pKa2均為4.45。

D-酒石酸與L-酒石酸含量相等的酒石酸晶體稱為外消旋酒石酸晶體。請注意外消旋酒石酸晶體的性質與內消旋酒石酸晶體、D-酒石酸晶體和L-酒石酸晶體間均有差別：以熔點為例，外消旋酒石酸晶體的熔點為206℃，內消旋酒石酸晶體的熔點為165-166 °C，D-酒石酸及L-酒石酸的熔點則均為170-174℃。通常認為，對于一對對映異構體來講，除了各自的旋光方向相反、強度相等外，其他物理性質應該相同，這也就造成了所構成的外消旋體的物理性質完全相同。但是實際情況并不完全一樣，對映異構體之間存在著相互作用的影響，這種影響在稀溶液和氣相的情況下可以忽略不計，但在固態(tài)、純溶液、濃溶液的情況下，這種影響還是比較大的。特別是在固態(tài)條件下，由于晶態(tài)外消旋體分子之間親和力的影響，造成了一些特殊的情況。

酒石酸鹽在人類發(fā)現對映異構及建立有機立體化學方面亦有重要作用。1848年，法國化學家巴斯德發(fā)現無旋光性的酒石酸鈉銨是由兩種不同結晶組成的混合物，它們的外形互為鏡像關系。事實上無旋光性的酒石酸鈉銨是外消旋體。他用放大鏡和鑷子將這種混合物細心分成兩堆，經過檢驗，其中一堆是右旋體晶體，另一堆是左旋體晶體，兩堆晶體溶于水都有旋光性。通過這種酒石酸鹽，他首次發(fā)現了分子的立體異構和旋光的關系，提出了對映異構的概念，為有機立體化學的發(fā)展奠定了基礎。