Orgaanisella heterosyklisellä yhdisteellä tarkoitetaan rengasrakenteisia orgaanisia yhdisteitä, jossa vähintään yksi renkaan atomi on korvautunut toisella alkuaineella, kuten typellä, hapella tai rikillä. Tätä poikkeavaa atomia kutsutaan heteroatomiksi. Useissa biologisissa molekyyleissä on heteroatomeja. Esimerkiksi DNA:n emäksissä on rengasrakenteita, joissa esiintyy typpeä. Lisäksi monet sokerit muodostavat rengasrakenteita, joissa on mukana happea.

Yksinkertaisia happea sisältäviä heterosyklejä ovat viisiatominen furaani ja kuusiatominen pyraani. Typpeä sisältävät esimerkiksi viisiatominen pyrroli ja kuusiatominen piperidiini, ja vastaavasti rikkiä sisältää esimerkiksi tiofeeni. Jotkin heterosykliset yhdisteet voivat sisältää useita heteroatomeja. Esimerkiksi imidatsolissa on viisirenkaassa kaksi typpiatomia. Monet heterosykliset yhdisteet ovat myös aromaattisia, ja niillä on samankaltaisia ominaisuuksia kuin bentseenirenkaalla.