Unutar čvrste mase, molekule su okružene identičnim molekulama sa sličnim energetskim mjerenjima. Međutim, na površini krutine molekule će vjerojatno biti u kontaktu sa zrakom, a ponekad i tekućinama ili drugim masama različitih energetskih mjerenja. Kao rezultat toga, mjerenja površinske energije uvijek se razlikuju od onih unutar mase krute tvari.
Sve tri faze – čvrsta, tekuća i zračna – imaju mjerljive površinske energije i površinske napetosti. Molekule imaju i ono što se naziva “ljepljivim pogonima” i “kohezivnim pogonima” koji upravljaju načinima na koje djeluju s molekulama oko sebe. Adhezivni pogoni nastoje se vezati s drugim vrstama molekula, dok se kohezivni pogoni nastoje vezati sa sličnim molekulama. Ako su kohezivni pogoni izraženiji, molekule tekućine će se samo zgrčiti na površini jer se opiru drugim molekulama; obrnuto je ako su ljepljivi diskovi izraženiji.
Mjerenja površinske energije, površinske napetosti i napetosti površinske gustoće analiziraju ponašanje vlaženja između tekućina i krutih tvari kada znanstvenici testiraju termodinamička svojstva krutih tvari. Kada se molekule tekućine na čvrstoj površini zgrče u koheziji, znanstvenici mogu izmjeriti kut dodira tih molekula na čvrstoj površini. Ovo mjerenje kontaktnog kuta provodi se instrumentom zvanim goniometar, koji određuje do kojeg stupnja kohezija ili adhezija su u uzdizanju. Dvije druge sile u ovom slučaju mogu utjecati na površinsku energiju. Ako je površina hrapava ili poznata kao hidrofobna, to uzrokuje zrncavanje tekućine pod većim kutovima; obrnuto, kada je površina hidrofilna, kap tekućine može se raširiti tako da pokrije onoliko površine koliko molekule tekućine mogu dosegnuti.
Mjerenja površinske energije obično se vrše pri ekstremno visokim temperaturama, kada krute tvari reagiraju blagim pomicanjem pod toplinskim stresom, ali je volumen gotovo konstantan. Mjerenja površinske energije tekućine provode se korištenjem onoga što se zove “tekuća membrana rastezanja” površine. Jedna metoda, nazvana Dinamička Wilhelmyjeva metoda, uključuje uranjanje krutine u tekućinu kojoj je prethodno izmjerena površinska napetost, a zatim mjerenje sila vlaženja kako se krutina oslobađa iz tekućine. Druga metoda, nazvana Metoda kontaktnog kuta praha, koristi se kada znanstvenici trebaju znati razine apsorpcije i površinske energije poroznih materijala i praha.
Praktična primjena ovih mjerenja površinske energije i postupaka ispitivanja pogoduje razvoju industrijskih i potrošačkih proizvoda. Metali obloženi polimerima oslanjaju se na znanje znanstvenika o prionjivanju i koheziji za njihovu snagu i izdržljivost. Mjerenja površinske energije materijala vrše se za primjene oksidacije i kemijskog vezivanja. U litografiji, tinte se moraju nanositi na način koji omogućuje područjima slike da apsorbiraju tintu, a područja bez slike da ostanu bez tinte; istraživanje površinske energije dotjeralo je ove procese.