表面层特指液体与气相（通常为大气）直接接触的过渡区域，其厚度约为分子作用半径的量级（10^-9米）[3] 。该层分子处于非对称环境中，上部受气相分子稀疏的吸引力，下部则受液相分子密集的引力作用[1] [2] 。相较于液体内部，表面层分子平均间距增大10%左右，导致分子势能升高[3] 。
在表面层中，分子受到两个方向的引力差异：
气相方向：气体分子密度低，对表面层分子的吸引力较弱
液相方向：内部液体分子排列紧密，产生较强吸引力[1][2]
这种力学不平衡导致表面层分子受到指向液体内部的合力，使得表面层呈现类似弹性膜的收缩特性[2] 。当表面层分子间距超过平衡距离r0时，分子间作用力由斥力转为引力主导，这是表面张力产生的微观基础[3] 。
表面张力具有三个显著特征：
方向特性：在平面液面中与液面平行，在曲面液面中与切面平行[3]
作用效果：使液面产生收缩趋势，可用公式F=σL描述（σ为表面张力系数）
能量特征：系统自发降低表面能，导致液滴形成最小表面积的球形[2]
这种现象可通过弹簧模型理解：表面层分子间的引力作用类似于被拉伸的弹簧，具有恢复原状的倾向[1] 。
表面层的特性引发多种物理现象：浸润现象：液体与固体接触时，表面层与附着层的相互作用导致接触角变化。如水在玻璃表面铺展（接触角小于90°），而水银在玻璃上收缩成球状（接触角大于90°）[3] 。
毛细现象：在细管中，浸润液体因表面张力作用上升，不浸润液体下降。这种效应被应用于农业耕作，通过破坏土壤毛细管减少水分蒸发[2] 。
液滴成形：小体积液体在表面张力作用下自发形成球形，典型实例包括荷叶上的球形露珠和太空中的失重液滴[2] 。
液体汽化：表面层高能量分子克服引力逃逸至气相的过程，构成蒸发等相变现象的基础[2] 。
表面层理论在工业领域有重要应用，例如金属铸造中的熔体表面处理、微流控芯片的液体操控技术等，均需精确控制表面张力参数。