Znotraj trdne mase so molekule obkrožene z enakimi molekulami s podobnimi energijskimi meritvami. Na površini trdne snovi pa so molekule verjetno v stiku z zrakom in včasih tekočinami ali drugimi masami različnih energijskih meritev. Posledično so meritve površinske energije vedno drugačne od tistih v masi trdne snovi.
Vse tri faze – trdna, tekoča in zračna – imajo merljive površinske energije in površinske napetosti. Molekule imajo tako imenovane “lepilne pogone” kot “kohezivne pogone”, ki urejajo načine njihove interakcije z molekulami okoli njih. Adhezivni pogoni se želijo povezati z drugimi vrstami molekul, medtem ko se kohezivni pogoni želijo vezati s podobnimi molekulami. Če so kohezivni pogoni bolj izraziti, se bodo tekoče molekule na površini le zgrdile, saj se upirajo drugim molekulam; obratno velja, če so lepilni pogoni bolj izraziti.
Meritve površinske energije, površinske napetosti in napetosti površinske gostote analizirajo obnašanje močenja med tekočinami in trdnimi snovmi, ko znanstveniki preizkušajo termodinamične lastnosti trdnih snovi. Ko se tekoče molekule na trdni površini zlijejo v kohezijo, lahko znanstveniki izmerijo kontaktni kot teh molekul na trdni površini. Ta meritev kontaktnega kota se izvede z instrumentom, imenovanim goniometer, ki določa, do katere stopnje sta kohezija ali adhezija v ascendentnosti. Dve drugi sili lahko v tem primeru vplivata na površinsko energijo. Če je površina robustna ali znana kot hidrofobna, to povzroči, da se tekočine nabirajo pod večjimi koti; nasprotno, ko je površina hidrofilna, se lahko kaplja tekočine razširi tako, da pokrije toliko površine, kot jo lahko dosežejo tekoče molekule.
Meritve površinske energije se običajno izvajajo pri izjemno visokih temperaturah, ko trdne snovi reagirajo z rahlimi premiki pod toplotnim stresom, vendar je prostornina skoraj konstantna. Meritve površinske energije tekočine se izvajajo z uporabo tako imenovanega “raztezanja tekoče membrane” površine. Ena metoda, imenovana dinamična Wilhelmyjeva metoda, vključuje potopitev trdne snovi v tekočino, ki je bila predhodno izmerjena za površinsko napetost, in nato merjenje moči omočenja, ko se trdna snov sprosti iz tekočine. Druga metoda, imenovana Metoda kontaktnega kota prahu, se uporablja, ko morajo znanstveniki poznati nivoje absorpcije in površinske energije poroznih materialov in praškov.
Praktična uporaba teh meritev površinske energije in preskusnih postopkov koristi razvoju industrijskih in potrošniških izdelkov. Kovine, prevlečene s polimeri, se za svojo moč in vzdržljivost zanašajo na znanje znanstvenikov o adheziji in koheziji. Meritve površinske energije materialov se izvajajo za aplikacije oksidacije in kemičnih vezi. Pri litografiji je treba črnilo nanašati na način, ki omogoča, da slikovna območja absorbirajo črnila, območja, ki niso slikana, pa ostanejo brez črnila; raziskave površinske energije so izboljšale te procese.