表面张力（英文名：surface tension），指液体表面上任一界线受到的与之垂直且与液面相切、指向与之相互作用的液体的力（如图）。

狭义上的表面张力发生在液体表面，即液体与气体或液体与液体的交界处，可以由以下式子定量描述（如图）：

其中为表面能，为界线移动距离时外界对界线做的功，为界线移动距离时液面对界线做的功，为表面张力系数，为所考虑界线的长度，此处为负数表示其方向指向负方向，即图中方向向左。（注：式（1.2）中使用了偏导数是因为通常还与温度、盐度等因素有关，因而偏导数更有普适性）

广义上的表面张力还包括固体的表面张力与气体的表面张力，其存在于不同物质的交界面处。

表面张力的相关概念包括表面压强（由杨-拉普拉斯公式描述）、浸润现象（接触角量化浸润程度）和毛细现象（液面在细管中上升或下降）。表面张力还在液体的短波重力波中起关键作用，形成表面张力波。

表面张力系数的测量方法包括毛细管上升法、最大气泡压力法、Wilhelmy盘法（吊片法）和悬滴法等。

在一些工程学内容中，“表面张力”（力）会被误用来代指“表面张力系数”（单位长度的力或单位面积的能量），在物理学中这是不规范的。

分子受到来自其邻近液体分子的分子间作用力，液体表面分子稀疏，分子间距离大，其作用力以吸引力为主，所以液面上的粒子都会受到来自附近分子的吸引力。

从而方向上可以推出，表面上的任意一条线段都会受到与之垂直的、与液面相切（平行）的、分别指向其两侧的力的作用；当线段只有一侧接触到液体时，则仅受到来自该侧表面分子的吸引力，从而只受到指向该侧的表面张力（如图）。由此也可分析得，对于液面上一条长度远大于分子间间距的线段，附近对其有吸引力的分子数与其长度成正比，故其受到的表面张力同样与其长度成正比，二者的比例系数即为表面张力系数：

表面分子有比液体内部分子更高的势能，即为表面能。表面能可以通过分子作用球来解释。液体分子之间存在分子间作用力（分子力）作用范围小，在以3~4倍平均分子距为半径（通常在 之间）的球形范围之内，该球形范围被称作“分子作用球”。若某分子至液体表面的距离大于分子作用球半径，由于液体分子分布的随机性与均匀性，该分子的分子作用球是完整的，因而受到的分子力合力为零（如图a）；而若某分子至液体表面的距离小于分子作用球半径，它的分子作用球不完整，受到的分子力合力则指向液体内部（如图b）。因而当组分粒子由液体内运动到液体表面时部分动能转化为了势能，这部分势能即为表面能。

为了达到更稳定的低表面能状态，液体表面的分子数量必须尽可能地少，因此，液体有收缩表面积的趋势。

图中，表面张力，长为的线，表面张力系数，表面能，表面积关系如下：

图中液体膜有上下两个面，故长为的线同时受到上下两个面的表面张力，这是式中系数2的由来，式中的和则分别为上下两面的总面积和总表面能，注意式中仅考虑大小而不考虑方向。

记液体的任意两个相邻的组分粒子间的相互作用能为，液体内部的一个组分粒子有个相邻的粒子（即有条相互作用键），则其势能为。设液体的表面层内的组分粒子数密度占内部的粒子数密度的百分比（可简称为相对粒子数密度）为，则表面层中的组分粒子的势能为，那么,表面层内外分子的势能差为

记面积为的表面层中有个组分粒子，由能量守恒定律知，在形成该表面的过程中，外力所做的功等于所有这些组分粒子的势能的改变量，即有

将之代入(1.2)式得

记每个组分粒子所占空间线度平均为，即有，则上式可简写为

组分粒子间的相互作用势能作为微观量难以直接测量，通常可以用宏观量摩尔汽化热表示。考察液体的汽化过程，液体的摩尔汽化热可表示为 ；另一方面，摩尔体积，其中为阿伏伽德罗常量，为摩尔质量，为密度。于是可以整合得到

对于大多数液体，实验测量得到的表面张力系数与上式中的参量取为情况下的计算结果很好符合。例如，对于液态氩，实验测得其表面张力系数为，理论计算得到 ；对于液态氖，，。

随着温度的升高，液体分子之间的吸引作用减弱，因此表面张力系数减小。

通过实验测量，常压下，水的表面张力系数与温度 𝑡(℃) 的关系可以用以下二次关系式拟合：

特殊地，当水的温度接近其临界温度 (374℃) 时, 。

由前推导出的式 (3.1) 可知，液体的表面张力系数与液体的密度、摩尔质量、摩尔汽化热等内禀属性有关，具体地，液体的表面张力系数正比于液体的摩尔汽化热，正比于其密度的2/3次方，反比于其摩尔质量的2/3次方。

实验测量表明，不同种类的杂质影响液体表面张力系数的行为不同，有的使表面张力系数增大，有的使表面张力系数减小。使表面张力系数减小的物质称为表面活性物质，例如醇、酸、醛、酮等有机物质都是表面活性物质；氯化钠等无机盐溶质则通常会增大水的表面张力系数。常温下，水的表面张力系数随着盐度的增大而近乎线性地增大。海水表面张力（𝜎,𝑚𝑁/𝑚）关于盐度（𝑠）、温度（𝑡 ,℃）的经验公式如下：

液面外的相邻物质改变对液体的汽化热和表面层中的相对粒子数密度有影响，因而其对液体表面张力系数有影响。例如，水等常见液体在其外侧具有不同相邻物质情况下的表面张力系数如下表所示：

由式 (1.2) 或式 (3.1) 可知，表面张力与表面积无关，仅与表面张力系数以及所考虑的线的长度、形状有关。

杨-拉普拉斯公式

设和是分界面在给定点的任意两正交方向上的法曲率半径，若其指向第一种介质内部则为正，反之则为负，那么有确定表面压强的公式，即拉普拉斯公式 (或杨-拉普拉斯公式)：

式中与分别为介质1与介质2中的压强。

可以看到，如果和为正,则。这表明，在这两种介质中，如果分界面一侧的介质凸向另一种介质，则前者的压强更大。如果 ，即如果分界面是平的，则两种介质中的压强理所当然是相同的。

球形液滴

用公式 (4) 来研究小液滴与空气接触时的力学平衡。假设分界面和介质本身都不受任何外力的作用，则每一种介质中的压强都保持不变。利用公式 (4) , 我们于是可以写出平衡时表面压强满足的条件：

因此，两正交曲率半径倒数之和沿整个自由分界面应当保持不变。如果整个分界面都是自由的，则式 (5) 表明它必定是球面（例如小液滴的表面，重力对小液滴的影响可以忽略不计）。于是，。如果分界面具有任何一条起支撑作用的曲线（例如固体框架上的液膜），其形状就比较复杂了。

液柱表面

对于如图所示的半径为 𝑅 的液柱表面，分别取垂直于轴线的平面与过轴线的平面，二者与液柱表面交于一点，该点处对应的两正交法曲率半径分别为，，从而。

浸润、不浸润与接触角

如果一种液体可以均匀附着于另一种液体或固体表面，则称之为浸润现象，或湿润现象；否则称之为不浸润现象，或不湿润现象。例如，一滴水在干净的玻璃上会摊开，为浸润；而一滴水在蜡质平面上则会保持水珠状态，为不浸润。

接触角一般指在固、液、气三相交界处，自固-液界面经过液体内部到气-液界面之间的夹角，又称浸润角（如图）。接触角是量化描述浸润与不浸润的参数：液体在固体表面形成接触角小于90°时判定为浸润，且接触角越小，浸润程度越高；接触角大于90°则为不浸润，且接触角越大，不浸润程度越高。特别地，当接触角为0°或180°时，分别被称为完全浸润现象或完全不浸润现象。

毛细现象

将内径很细的毛细管插入液体中，毛细管中液面会有明显的上升或者下降，这一现象被称作毛细现象。

定性地来说，液体由于浸润（不浸润）而与毛细管内壁形成对应的接触角与凹（凸）液面，又由拉普拉斯公式，所形成的液面会产生压强差，从而压着液体上升（下降）。

将毛细管中的液面视为球面，记接触角为，那么液面的曲率半径为 ，若以液面上升为正，下降为负，液体密度，重力加速度，那么由拉普拉斯公式以及静力平衡，有：

从而，液面高度变化为

表面张力对小波长重力波有很重要的影响。无论是在重力的作用下，还是在表面张力的作用下，液体的表面都趋于达到其平衡形状。通过相关公式推导可以得到，在水深远大于波长时（即深水条件），速度势函数的边界条件为

考虑沿轴传播的平面波，其有形如

的解，现在可以从边界条件 (7) 确定与之间的关系，其形式为

在长波条件下可以忽略表面张力的影响，即略去项，这样的波是纯重力波。在短波的情况下可以忽略重力场的影响，于是

这样的波称为表面张力波，中间的情形的波称为表面张力重力波（或表面重力波）。风吹过湖面时产生的涟波、海面上的波浪等都是表面张力重力波。

由 (6) 式可知，表面张力系数

这里较 (6) 式多考虑了气体密度的影响，当毛细管管径充分小，且时， (8) 式可简化为。该方法是用来直接测定液体表面张力的最为准确的绝对方法之一，也是应用最多的方法之一。由于它不仅理论完整，而且实验条件可以严格控制，是一种重要的测定方法。

又称最大泡压法。若在密度为的液体中，插入一个半径为的毛细管，深度为。经毛细管吹入一极小的气泡，其半径恰好与毛细管半径相等。此刻，气泡内压力最大。可根据拉普拉斯公式推得：

Wilhelmy 盘法（吊片法）：用铂片、云母片或显微镜盖玻片挂在扭力天平或链式天平上，测定当片的底边平行面刚好接触液面时的压力，由此得表面张力。

悬滴法：根据在水平面上自然形成的液滴形状计算表面张力。

表面张力原理在自然现象和工程中应用广泛：

肥皂、洗洁精等表面活性剂降低了液体的表面张力系数，减弱了表面张力，使得液体不会因为过强的表面张力而收缩破裂，这就是清水难以形成稳定气泡而肥皂泡可以稳定存在的原因；

荷叶上的水珠在重力作用可以不计的情况下（如水珠体积足够小时）近乎为球形，这是因为在表面张力的作用下，液滴尽可能地收缩为表面积最小的几何形状，即球形，以使其表面能最小化。在太空中（理想无重力环境），仅考虑表面张力作用，空中的液滴会趋近于完美的球形。

在冶金工业中，许多步骤都会涉及表面活性物质的使用，表面活性物质具有优良的润湿、洗净、增溶、乳化、抗静电和缓蚀防锈等特性（见表面活性剂），可用来清洗金属、除去金属表面油污，还可以使液态金属结晶加速，并使固态金属的表面光滑。

在石油开采中，常采用在地下注入热水和表面活性物质，以使石油较易流动，提高油井产量。