巴斯德（Pasteur）关于光学异构体的工作使他认为，自然界的力是不对称的。由于某些基本粒子的镜像对称性并不保持（宇称违反）的发现，这一出人意料的概念现在得到了支持。例如，电子就表现出弱的左手性。这意味着L - 氨基酸和肽相对于其D - 型镜像体来说是稳定的。尽管它们之间的能量差异很小，但是这微小的差异却有利于平衡偏向左手性的生物分子。
直到巴斯德时代，化学家们还由于光学异构体（化学等同而物理性质不同的物质，一种使偏振光平面右转，而另一种使偏振光平面左转，第三种形式却是不旋光的，对偏正光无作用）的发现而特别感到迷惑不解。当时刚刚成立的伦敦化学会的首任主席，大学院（牛津大学）的托马斯 · 格拉哈姆（Thomos Graham）在他的一本教科书《化学的元素》中写道：“光学异构现象摧毁了每一种解释的尝试。”
格拉哈姆继续写道，右旋酒石酸及其不旋光的消旋酸的钠铵盐，“不仅在它们的水的比例其他组成，以及酸的组成方面完全迭合，而且在外形上也相同，米兹泽（Mitscherlich）曾观察它们是同构的。”同构律（根据米兹泽，1819年）将晶体形状的相似性与其类似的化学组成联系在一起，使当时的大多数化学家认为，酒石酸消旋体和（+）酒石酸具有同一性，特别是因为他们都得自同一个普通的来源，即由熟葡萄沉积下来的酒石。
巴斯德在巴黎当学生的时候（1843-1848年），就怀疑米兹泽关于酒石酸的报告是不完全的。关于光学活性方面的开拓性工作，当时已针对以两种形式自然地出现在自然界的石英晶体展开。两种形式的晶体可由其小晶面（半切割面）来区分。在一种形式中，半切割面围绕其三维晶轴呈左手螺旋型，而另一种则呈右手螺旋型（图1）。约翰 · 赫尔斯（John Herschel）1922年在剑桥大学发现，自左手螺旋型的任何石英晶体所作的垂直于三维晶轴的切割面对偏振光是左旋的，而右手螺旋型石英晶体相对应的切割面对偏振光一定是右旋的。根据赫尔斯的观点，巴斯德着手研究酒石酸盐——消旋体这一问题。
分子的不对称性
在重结晶酒石酸钠铵盐的消旋物时，巴斯德（1948年）观察到有两种类似的晶体形成，这可根据它们的半切面的特殊形状来定性，正如（+）和（-）石英的情形一样。其中的一种就其切割面的形状，证明确实与（+）酒石酸的钠铵盐是同构的、在溶液中表现出相同的正比旋光，而另一种与前一种不可重叠，但成镜像形式，在溶液中表现出大小相同而符号相反的比旋光。用酸对它们进行处理，第二种晶体释放出（-）酒石酸，它是天然存在形式的主要光学异构体。因此，消旋酒石酸被看作是（+）和（-）酒石酸的混合物。此后，“消旋体”被用来表示光学异构体等摩尔混合的光学不活泼物。
根据当时普遍流行的观点（根据霍伊（Haüy）1809年的工作，他认为一种晶体和其组成分子在整体形状上是“互成镜像的”），巴斯德得出结论，（+）和（-）酒石酸的单体分子是结构“不对称的”，具有不可叠合的镜像形式，正像我们肉眼所见的相应的钠铵盐的半面晶体一样。后来巴斯德的有关对映形态（enatiosmorphe，希腊语，相反的形状）的术语“不对称”逐渐被“手性”所取代，“手性”这一术语是由开尔文（Kelvin，巴尔的摩演讲，1904年）根据左手和右手间镜像关系的相似性得出的。
巴斯德在斯特拉斯堡（Strasbourg）和莱勒（Lille）的最初的教学工作中推测，手性分子和对映异构是自然界广泛存在的不对称力的产物。法拉第（Faraday，1846年）在一种光学不活泼的介质——火石玻璃——中磁诱产生旋光这一发现之后，巴斯德怀着诱导出对映形态的晶体的目的，却在磁场中正常地培育出了对称的晶体。考虑到行星的自转和轨道旋转，巴斯德推测，太阳系是不对称的。由于把旋转看作是一种不对称的力、他曾试图在离心机中进行化学反应，以诱导出具有光学活性的合成产物，并且希望能利用旋转着的工厂根据时钟原理来生产它们。这些实验没有得到预期的结果，三十年后，巴斯德在重申他的不对称力的广泛性这一信念时才予以报道，同时他在返回巴黎时，坚持讲授分子的不对称性。他认为，光学活性提供了一个区分实验室合成产物和来自生物器官的天然产物的标准，没有用到不对称的力、化学家们只能合成非手性的分子，或者了不起合成出来的是消旋混和物。
1860年以后，巴斯德的兴趣主要在微生物学方面，他就很少涉及结构化学主流的发展。基于四价碳原子可以自相连接，开库勒（Kekul6）将他早期（1858年）的有机链分子的一维结构理论发展成芳香物质的二维结构理论，并从假定的苯的规整的六员环结构出发，预言了芳香类化合物在单、双、多取代反应后，产物结构异构体的数量及类型。脂肪有机化学很少从开库勒的结构理论得到启示。即使是最简单的情形，如从肌肉细胞中分离出的光学活性的乳酸和从酸牛奶中分离的不旋光的乳酸，其异构体似乎要比其平面分子结构异构体要多。威斯里塞纳斯（Wislicenus）1869年在合成了又一个光学不活泼的异构体“乙烯乳酸”之后，提出了三维结构理论。
这一问题在1874年由勒 · 伯尔（Le Bel，他重新将巴斯德提出的光学活性和手性结构联系在一起）提出，并由范 · 霍夫（van't Hoff，他发展了开库勒在一个假定对称的母体结构中推导由于原子的取代所产生的异构现象的方法）得到解决。由于碳原子的价键指向正四面体的顶端，一个中心碳原子上连有四个不同的基团会有两种可能的分子结构、一个分子与另一个分子不可叠合，且成镜像。这两种结构就相当于含有一个手性中心的（不对称碳原子）一对光学活性异构体的右旋（+）和左旋（-）型对映体。
在分子中引入与第一个手性中心相同的第二个手性中心，可以得到三种可能的结构，一对光学活性的对映异构体和一个内部抵消了的内消旋体（如酒石酸的情形）。两个不同的手性中心产生四个可能的结构，即两对对映异构体。一对对映体的结构对于另一对被规定为非对映异构体，因为两种结构缺乏对映体的镜像关系，相对应的分子在反应活性及物理性质上都不相同。
归纳以上分析，范 · 霍夫预言，一个含有n个不对称中心的结构有2n个立体异构体，即由2n-1对对映体组成，这2n-1对每对对映体互成非对映异构体。相反，一个由n个手性中心组成的成等同对的结构，手性中心的两端基团的秩序相同，n为偶数时，产生1/2(2n)个成对对映体的光学活性异构体，以及1/2(2n/2)个内消旋体。
不对称合成
范 · 霍夫关于由多手性中心所产生的立体异构体的数目及类型的预测，既得到埃米尔，费歇尔（Emil Fischer）的验证，又被他用作糖系列化合物研究的指南。含有四个不相同手性中心的己醛糖有16个立体异构体。但在与其相对应的二羧酸化合物中，四个不对称的碳原子变成了两对相同的手性中心。这样，立体异构体降至4对对映异构体和2个内消旋体。从不对称的手性中心变为等同的手性中心，由于脎的形成2位碳原子上不对称性的消除，以及糖系化合物碳原子数的增加或减少，当我们将糖的构形联系起来时，所有这些均有助于支持范 · 霍夫的指导原则。
在毕季沃（Bijvoet）引入奇异的X - 射线方法之前，还没有成熟的方法将手性结构模型的绝对立体化学与相应的实验室合成的D系旋光对映体联系起来。费歇尔发现，（+）葡萄糖，（+）甘露糖和（-）果糖与苯肼形成相同的脎，所以这三种糖在立体化学上应该是相关的，其己糖链的3、4、5位的构型相同。在用旋光监测的化学关系确定这三个位置的相对构型之后，费歇尔（1891年）随意指定己糖5位的不对称碳原子（图3）的立体化学为D型。第5位代表了未知的丙糖D-（+）- 甘油醛对映异构体母体中的特殊的手性中心，由此可得出D型己糖醛的八个非立体对映异构体。后来，毕季沃证明，费歇尔不仅碰巧选择了D糖的正确的构型，而且L—α—氨基酸的构型也是对的，这两类手性化合物在天然产物中占主要部分。
在通过基莱尼（Kiliani，1885年）的氰醇反应增加醛糖碳原子的每一个阶段，据观察，一个额外的手中心的引入，可以不相同的产率得到两种非立体对映异构体产物。有人发现，消除区分一对非对映异构体的手性中心的反应也同样是有选择性的，特别是在用手性催化剂进行催化时。费歇尔1894年证实，D-（-）-β- 甲基葡糖苷可被苦杏仁中的苦杏仁酶水解，但不被酵母中的麦芽糖酶水解，而D-（+）-（β）- 甲基葡糖苷却被麦芽糖酶水解，并不被苦杏仁酶裂解。此外，相应的L-葡糖苷不受两酶制剂的影响。
在这些观察的基础上，费歇尔1894年提出，手性物质的反应是由“钥匙和锁”原理控制的。由最佳的立体化学契合产生的特殊产物是自然选择的。费歇尔评述道：“要把工厂里光学活性物质的形成归功于工厂之外的不对称力的作用，是没有必要的。一旦一个分子是不对称的，在不对称的意义上讲，其外延将继续下去。”
生物分子的单手性
为了说明生物器官的生物化学中一般只采用糖和氨基酸的两对映体系列中的一种，费歇尔的“钥匙和锁”原理发展了很多。对于单一的D型或L型的α氨基酸对映异构体，其N - 酰基酸酐的聚合比相应的消旋混和物要快大约20倍，聚合度也大5倍。经济的和高效的周转率需要单手性的生物化学。
但是，费歇尔的原理最终得解释巴斯德的外来不对称力，或者说明起初对映体过量的相应出处。由于生物分子反应的内在手性甄别，这种对映体过量最终得到放大。此外，可以预料，最初D或L型的过量，或者连续作用的不对称力的特殊的手性偏倚相当于贯穿整个有机进化过程中的独特的生物分子手性。
巴斯德曾经提到的固有不对称极性力由皮埃尔 · 居里（Pierre Curie，1894年）所证实。极性力只有在共同作用时才是手性的，就像平行的（右手的）或反平行的（左手的）电场和磁场的情形一样。勒 · 伯尔（1874年）在他的关于碳价键的四面体定向的主要论文中，就已经为不对称光合成提出了一个循环偏振的电磁辐射媒介。圆二色性的发现，由于溶液中旋光物质引起的对左或右循环偏振光的不同吸收（根据卡通的工作，1895年）证实了手性光甄别的可行性。此后，人们作出了许多努力来检测太阳和行星辐射中偶然出现在地球上的，或者被地球表面的反射或散射偏振了的圆偏振偏倚现象。但是经典极性场的手性组合是双手性的，他们与对映体分子相互作用大小相等，符号相反，和电磁旋光类似。例如，由于复合的云雾散射，曙暮光大约有0.1%被圆偏振，但曙暮光本来并不偏倚的，曙光在日出时是过量的，暮光在日落时也是过量的。
宇称不守恒
由卢瑟福 - 索迪（Rutherford-Soddy，1904年）的放射性元素自发蜕变理论的发展，导致了两种新的自然界力——强相互作用和弱相互作用——的发现，两者分别作为引起α和β衰变的媒介。在基本粒子物理学方面大量异常现象的累积导致李政道和杨振宁得出结论：宇称性——空间变换等同或镜像对称——不是原子核弱相互作用的一个性质。假设的宇称性违反（放射性核素的不对称β衰变）的一个结果很快就在放射出β电子的60Co到60Ni的衰变中，以及放射出相应的反粒子β正电子的58Co到58Fe的蜕变中观察到（图4）。所发现的不对称性证明，电子本来就具有左手性，由正电子与电子的关系，正电子具有右手性，因为他们的自旋轴的方向和线性动量之间分别是反平行和平行的。选择性是与粒子的速度（或反粒子的速度）和光速的比率成比例的（图5）。
最初研究的弱相互作用包括了电荷的变化，如在β - 放射性中，这些变化是通过带电的粗大的玻色子W±以微弱的带电电流作为媒介的，玻色子对定态的原子和分子或中性过程的重要性不大。所以至今还没有发现由β - 放射性核素或由自旋偏振的电子（或由粒子加速器产生的正电子）对旋光混合物产生明确的对映体选择性射解作用，额外的、意义更为重要的中性电流弱相互作用，涉及到粗大的中性玻色子Z°（欧洲核子研究委员会于1983年发现）和其带电的配对物W±中性电流的弱相互作用在二十世纪六十年代的电磁和原子核弱相互作用的统一中出现。统一的电弱相互作用通过电磁相互作用违反宇称性，电磁相互作用主要将电子束缚在原子的核上，将原子束缚在分子中。而且，电弱相互作用在小的粒子速度的非相对限度中并没有消失，还可以预料宇称性违反效应也存在于定态的原子或分子中。
从电弱相互作用可对原子和分子作如下预测：首先，旋光性的广泛性，由于违反了拉普特（Laporte）1924年提出的中心对称系中电子跃迁的宇称选择定则；第二，定态和跃迁态下两对映体分子的电子束缚能是有差别的。正如电子和正电子具有固有的对映体手性，由电子和其他粒子构成的D型异构体具有一个真实的镜像L - 对映体，电子束缚能相同。这个L对映体由反物质的反世界中的正电子和其他反粒子构成。但是，具有标准粒子组成的天然L - 异构体并不具有同一的能量，由于电弱相互作用不仅在从粒子到反粒子组成的转变上，而且在从右手型到左手型的分子立体化学的变化上，都会改变符号。
较重的原子
由电弱相互作用导致广泛的光学活性对于较重的原子更为重要，光学活性与Z6关系成比例，Z为原子系数。在超出拉普特禁阻电子跃迁的波长范围之外，气态的铊、铅、铋的光学敏感性研究可得到一旋光色散值，该值的符号及数量级是正确的。所观察到的旋光色散及Z6关系可给出较轻元素原子的电弱旋光活性，如碳或氧，其值比对映体分子（如羰基化合物）的电磁旋光活性小10-9到10-12倍。当对映体分子的电磁旋光活性符号相反而大小相同时，对于两个对映体，普通组成原子的小的电弱旋光活性具有相同的符号、电弱和电磁贡献的和就产生了旋光活性，尽管符号相反，两对映体分子的旋光活性值的大小是不完全相等的。这样就可以预料，在用非偏振光（由相等数目的左旋和右旋质子组成）对消旋混合物光解的过程中，会有小的手性光甄别。
手性分子中电弱相互作用引起电子束缚能的宇称违反位移（Epv），Epv对于一个异构体是正值，对其对映体为负值。像旋光活性一样，Epv不仅依赖于分子的整体立体化学构型，而且还依赖于其细微的分子构型。对蛋白质的两种主要的规则构型α螺旋和β片状的从头计算表明，天然产生的L - 氨基酸的多肽相对于其D - 型对映体要稳定些，能量约低10-14焦耳/摩尔，对于选择在水溶液中的构型，丙氨酸的两种异构体中，L - 异构体同样更为稳定。宇称违反的能量差别是很小的，在环境温度下的热力学平衡中，该能量值相当于每摩尔相应的消旋体过量106分子的L - 多肽或L - 氨基酸（图6）。
手性对称性的破坏
由于电弱相互作用，尽管氨基酸和多肽的对映体间的差别很小，但这微小的差别足以破坏蔽开的，没有达到平衡的消旋反应系统的手性对称性。根据富兰克（Frank，1953年）的原理，在一个蔽开系统中，每一种光学异构体从一非手性底物中自动催化其自身的产生，竞争性地抑制其对映体的繁殖。只要非手性底物的输入量保持很小，该蔽开系统就会保持稳定，只有消旋体的输出。当该非手性底物的输入量增加，达到临界点，临界点处消旋过程成为亚稳的，该系统发生转变，产生单手性的输出。究竟是采用L途径还是D途径，这依赖于机会的波动。在临界点，即使一小的手性扰动，也会决定所采用的特殊的单手性生产的途径，虽然α - 氨基酸的对映体之间的宇称违反能差是适当的。
按照富兰克的原理，转变到单手性生产所需的微小的手性扰动，对于消旋反应系统来讲，不必是内部的。电弱相互作用的广泛性意味着前生命期的地质化学中，较小的对映体甄别已经存在，只要有光富集的手性无机催化剂和模板。例如，石英晶体的全球分布并不全都是消旋的。据记载，持续地收集石英晶体样品，总数达到16807时，有1%的（-）石类过量。这在所有的采样地点，北美、南美、欧洲及亚洲都是普遍的。
生物有机的光学纯度本质上是通过一混合的矿物——原始生命期的有机经济学——达到的吗？这一点一直存在着争论。这一假设的基础是立体规则的生物高分子的形成（例如D - 聚核糖核苷酸或α螺旋的多肽，这些继续有效地形成适当的光学纯的单体）在光学不纯的或消旋的底物中，特别而严格地受对映体单体的抑制。而且有人发现，与手性高岭石有关联的催化分层的铝硅酸盐在以后的数代中，以高精度进行自我复制，保持其有机催化的性质。如学其后代在水中产生，它们在化学组成上并不完全吻合。
（Chemistry in Britain，1985年6月）