自由表面能是物體表面分子間作用力的體現，與固體表面的潤濕性能密切相關，在表面化學中具有重要的地位。這種能量是由於表面層分子力場的不平衡，使得這些表面分子儲存了多餘的能量。表面自由能的定義為「將本體沿某一界面分開，克服本體內分子間內聚引力所需做的可逆功」。這種克服內聚引力所做的功以勢能的形式儲存在新產生的表面上，即為表面自由能。
固體材料表面的精確表徵在材料的研究和許多工業產品開發過程中起著至關重要的作用。材料表面的潤濕性在油漆、印刷和生物材料與細胞間相互作用等研究領域中同樣是一種非常重要的表徵參數。可通過測量液體與固體材料間的接觸角來表徵材料的潤濕性。
著名的楊氏方程描述了固-液-氣三相接觸的平衡，具體公式如下：圖1固液氣三相點很 界面張力γsv、γsl和γlv構成平衡，潤濕接觸角，即楊氏接觸角θY。楊氏方程假定固體表面化學均一且光滑，如果實際樣品表面有一定粗糙度，則可以使用粗糙度校準接觸角來進行表徵。
接觸角的一個重要的套用是通過測量接觸角能夠計算出固體的表面自由能。表面自由能與液體的表面張力的單位均為mN/m(=dynes/cm)。儘管接觸角本身能夠表徵材料表面的潤濕性，但接觸角的結果與測試的液體有很大關係。在(1)方程中，表面自由能是通過材料的接觸角、液體表面張力和固液之間的界面張力計算得到的。