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在许多不同的应用和工艺中，表面的化学和形貌特性都是重要的参数，需要对润湿和粘附行为进行优化。润湿性可以通过测量基底与给定液体的接触角来研究。著名的杨氏方程描述了固体、液体和气体三相接触的平衡。
γsv = γsl + γlv · cos θY
界面张力，γSV，γSL和γLV，形成润湿的平衡接触角，通常被称为杨氏接触角θY。杨氏方程假定表面化学均匀且形貌平坦。然而，对于大多数真实表面，这一假定是不正确的。真实表面不仅仅只有一个平衡接触角值，而是显示为一系列介于前进和后退角之间的接触角。
该图展示了理想表面和真实表面上的液滴。杨氏方程适用于理想表面，测量的接触角等于杨氏接触角（上图）。在真实表面上，实际的接触角是液-气界面的切线与固体的实际局部表面切线之间的夹角（下图）。然而，测量的表观接触角是液气界面相切的线和代表表观固体表面的线之间的夹角，从宏观上看。实际和表观接触角值可以大幅度偏离彼此。为了计算固体的真实表面自由能，应该使用实际的接触角。
粗糙度与润湿性的关系是在1936 年由Wenzel定义的。他提出增加表面粗糙度导致的表面化学改变可提高润湿性。例如，如果表面是化学疏水的，当表面粗糙度增加时，它会变得更加疏水。Wenzel论述可以用下面的等式来描述。
cos θm = r · cos θY
θM是测量的得到的接触角，θY是杨氏接触角，R是粗糙度比。粗糙度比的定义是实际和投影的固体表面积之间的比率（光滑表面r＝1，粗糙表面r>1），粗糙度比可以由已示的三维粗糙度参数SDR计算得到。需要注意的是，Wenzel方程是基于液体渗入粗糙凹槽的假设（如图1所示）。如果液滴与粗糙度的尺度相比要大二到三个数量级时，可以使用Wenzel方程。Wenzel校正接触角被用于研究纸张润湿性和生物材料表面上的细胞粘附。微观和纳米级粗糙度均表现出对表面润湿性的影响。
其他更多应用信息，请参阅：
应用文摘16 -木塑复合材料的粘合力
应用文摘17 -形貌和润湿性对生物相容性的影响
在液体不渗入粗糙凹槽的情况下，Wenzel方程不适用。在这种情况下，可用Cassie方程来代替。Cassie方程采用两种不同化学物质来描述化学不均匀表面。
cos θm = x1 · cos θY1 + x2 · cos θY2
上式中，X是给定化学物质的面积分数，下标Y1和Y2是两种不同的表面化学物质（图a）。当表面没有不同的化学物质如第二项是空气时（图b），方程可以写为：
cos θm = x1(cos θY + 1) – 1
由于对液体和空气的接触角可以被认为是180°，即COSθY2是-1，面积分数x2 = 1 – x1.。这个方程由凯西和baxter开发，通常被称为Cassie-Baxter方程。已发现，液滴要达到真正的Cassie Baxter状态，即液体不渗透到粗糙凹槽内，粗糙度的几何构型需要仔细设计。
最稳定的接触角是吉布斯能量曲线上达到最小值时的角度，它与杨氏接触角相关。采用Wenzel和Cassie-Baxter方程计算得到的接触角被发现相当接近于最稳定的接触角。
表面粗糙度测量的是表面纹理。它被定义为真实表面与理想光滑表面的垂直偏差。粗糙度在摩擦和粘附等各种过程中起着重要作用，因此被广泛测量。表面粗糙度不无法用单一参数精确表征，而是需要定义一组表面粗糙度参数。表征表面轮廓的参数称为2D参数，用字母R标记。这些参数被广泛应用在不同的应用中，但不能真实地提供三维表面的完整信息。表征表面形貌的参数称为3D参数，用字母S标记。一些3D参数有2D的对应参数，其他一些是3D表面的专用参数。下表是在ISO 25178中概述的这些参数以及它们对应的2D参数。Sa是表面的算术平均高度。Sq和它的2D对应参数是使用最广泛的粗糙度参数，它们给出的是高度的标准偏差。RP和RV给出的是最大峰高和最大谷深。RZ给出的是峰峰值，r10z计算的是局部五个最大峰和五个最小峰的平均高度值。RZ比R10z对噪声更灵敏，界面和投影面积的比值SDR提供了纹理的额外表面积。由于可根据以下等式计算粗糙度比r，因此SDR在润湿性研究中尤其有用：
r = 1 + Sdr ⁄ 100
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