定义

自同构的精确定义，依赖于“数学对象”的种类，及这对象的“同构”的准确界定。可以定义这些概念的最一般情形，是在数学的一个抽象分支，称为范畴论。范畴论是研究抽象对象和这些对象间的态射。

在范畴论中，自同构是一个自同态（即是一个对象到自身的一个态射）而同时为（范畴论所定义的）同构。

这是一个很抽象的定义，因为范畴论中，态射不一定是函数，对象不一定是集合。不过在更具象的情形中，对象会是有附加结构的集合，而态射会是保持这种结构的函数。

例如在抽象代数中，一个数学对象是代数结构，如群、环、向量空间等。一个同构就是双射的同态（同态按代数结构而定， 例如群同态、环同态、线性算子）。

恒等态射（恒等映射）在某些情况称为平凡自同构。相对地，其他（非恒等）自同构称为非平凡自同构。

自同构群

如果一个对象X的自同构组成一集合（而不是一个真类）那么这些自同构以态射复合运算组成一个群。这个群称为X的自同构群。可以直接检查这的确是一个群：

闭合性：两个自同态的复合是另一个自同态。

结合性：态射复合一定有结合性。

单位元素：单位元素是一个对象到自身的恒等映射，按定义一定存在。

逆元素：任一同构按定义都有一个也是同构的逆映射，由于这逆映射也是同一对象的自同态，所以是自同构。

在一个范畴C中的一个对象X的自同构群，记为AutC(X)，如果内文明显看出该范畴，可简记为Aut(X)。

例子

在集合论中，一个集合X的元素的任一个置换是一个自同构。X的自同构群也称为X上的对称群。

在初等算术中，整数集Z，考虑成在加法下的一个群，有唯一的非平凡自同构：取负。但是，考虑成一个环，便仅有平凡自同构。一般而言，取负是任何阿贝尔群的自同构，但不是一个环或域的自同构。

群自同构是一个群到自身的群同态。非正式而言，这是一个使得结构不变的群元素置换。对任何群G，有一个自然群同态G → Aut(G)，其像是内自同构群Inn(G)，其核是G的中心。因此若G有平凡中心，则可以嵌入到其自同构群之中。

在线性代数中，向量空间V的一个自同态是一个线性算子 V → V。一个自同构是V上的一个可逆线性算子。当向量空间V是有限维的，其自同构群即是一般线性群GL(V)。

域自同构是从一个域到自身的一个双射环同构。有理数域Q和实数域R都没有非平凡域自同构。R的一些子域有非平凡域自同构，但不能扩展至整个R（因为它们不能保持一个数在R中有平方根的性质）。复数域C有唯一的非平凡自同构将R映至R：复共轭，但是有（不可数）无限多“野性”自同构（假设选择公理）。域自同构对域扩张理论很重要，尤其是伽罗瓦扩张。在一个伽罗瓦扩张L/K的情形，L的自同构中，在子域K上逐点固定的所有自同构所组成的子群，称为该扩张的伽罗瓦群。