Azobenzen w formie cis charakteryzuje się bardziej skręconą geometrią pod kątem 173,5°, a odległość wiązania wynosi 1,251 Å.
Izomeryzacja trans-cis class=skin-invert-image|thumb|left|260px|Proces fotoizomeryzacji pod wpływem światła laserowego Oba izomery mogą w siebie wzajemnie przechodzić termicznie lub fotochemicznie (np. pod wpływem nadfioletowego światła laserowego). Przejście od bardziej stabilnej formy trans do formy cis zachodzi pod wpływem naświetlania światłem ultrafioletowym (UV), tj. długość fali z zakresu 300–400 nm. Powrotna zmiana konformacji może zajść pod wpływem fali świetlnej z zakresu światła widzialnego (λ = 425–500 nm) lub w wyniku relaksacji (swobodnego powrotu do bardziej stabilnej formy). Takie działanie indukuje powrót izomerów cis do ich odpowiedników w formie trans. Izomery cis i trans mają nie tylko różną strukturę, ale także odmienne własności fizyczne i chemiczne, wynikające z odmienności ich budowy. Skutkiem fotoindukowanej reakcji izomeryzacji są zmiany w strukturze cząsteczki takie jak przejście izomeru trans w cis powoduje zmniejszenie odległości między atomami węgla w położeniu para w odniesieniu do atomów azotu z 9,0 do 5,5 Å. Konsekwencją tej zmiany jest zmiana momentu dipolowego cząsteczki.