Dalam massa padat, molekul dikelilingi oleh molekul identik dengan pengukuran energi yang sama. Namun, pada permukaan padatan, molekul cenderung bersentuhan dengan udara dan kadang-kadang cairan atau massa lain dengan pengukuran energi yang berbeda. Akibatnya, pengukuran energi permukaan selalu berbeda dari yang ditemukan dalam massa padatan.
Ketiga fase — padat, cair, dan udara — memiliki energi permukaan dan tegangan permukaan yang terukur. Molekul memiliki apa yang disebut “penggerak perekat” dan “penggerak kohesif” yang mengatur cara mereka berinteraksi dengan molekul di sekitar mereka. Drive perekat berusaha untuk mengikat dengan jenis molekul lain, sementara drive kohesif berusaha untuk mengikat dengan molekul serupa. Jika penggerak kohesif lebih menonjol, molekul cair hanya akan muncul di permukaan karena mereka menahan molekul lain; kebalikannya benar jika drive perekat lebih menonjol.
Pengukuran energi permukaan, tegangan permukaan, dan tegangan permukaan menganalisis perilaku pembasahan antara cairan dan padatan ketika para ilmuwan menguji sifat termodinamika padatan. Ketika molekul cair pada permukaan padat membentuk kohesi, para ilmuwan dapat mengukur sudut kontak molekul-molekul tersebut pada permukaan padat. Pengukuran sudut kontak ini dilakukan dengan alat yang disebut goniometer, yang menentukan sejauh mana kohesi atau adhesi berada dalam pengaruh. Dua gaya lain dapat mempengaruhi energi permukaan dalam kasus ini. Jika permukaannya kasar atau dikenal sebagai hidrofobik, ini menyebabkan cairan menjadi manik-manik pada sudut yang lebih tinggi; sebaliknya, ketika suatu permukaan bersifat hidrofilik, tetesan cairan dapat menyebar untuk menutupi permukaan sebanyak yang dapat dicapai oleh molekul-molekul cairan.
Pengukuran energi permukaan biasanya dilakukan pada suhu yang sangat tinggi, ketika padatan bereaksi dengan sedikit gerakan di bawah tekanan panas tetapi volumenya hampir konstan. Pengukuran energi permukaan cairan dilakukan dengan menggunakan apa yang disebut “peregangan membran cair” dari luas permukaan. Salah satu metode, yang disebut Metode Wilhelmy Dinamis, melibatkan pencelupan padatan dalam cairan yang sebelumnya telah diukur tegangan permukaannya, dan kemudian mengukur gaya pembasahan saat padatan dilepaskan dari cairan. Metode lain, yang disebut Metode Sudut Kontak Serbuk, digunakan ketika para ilmuwan perlu mengetahui tingkat penyerapan dan energi permukaan bahan dan serbuk berpori.
Aplikasi praktis dari pengukuran energi permukaan dan prosedur pengujian ini bermanfaat bagi pengembangan produk industri dan konsumen. Logam yang dilapisi dengan polimer bergantung pada pengetahuan ilmuwan tentang adhesi dan kohesi untuk kekuatan dan daya tahannya. Pengukuran energi permukaan material dilakukan untuk aplikasi oksidasi dan ikatan kimia. Dalam litografi, tinta harus diterapkan dengan cara yang memungkinkan area gambar menyerap tinta dan area non-gambar tetap bebas dari tinta; penelitian energi permukaan telah menyempurnakan proses ini.