Oberflächenkraftmessungen bieten direkten experimentellen Zugang zu den Kräften, die zwischen Oberflächen und Molekülen wirken. Der Oberflächenkraftapparat (SFA) wurde von Israelachvili und Tabor entwickelt und misst die Kraft zwischen zwei molekular glatten Oberflächen als Funktion des Abstands mit Angström-Auflösung. Er war grundlegend für die Etablierung der DLVO-Theorie der kolloidalen Stabilität und das Verständnis intermolekularer Wechselwirkungen.

Der SFA verwendet zwei gekreuzte Zylinder aus atomar glattem Glimmer. Der Trennungsabstand wird durch Mehrstrahl-Interferometrie mit Interferenzstreifen gleicher chromatischer Ordnung gemessen. Weißes Licht, das durch die Glimmeroberflächen tritt, erzeugt Interferenzstreifen, deren Wellenlängen vom Abstand und Brechungsindex des Mediums zwischen den Oberflächen abhängen. Die Kraft wird aus der Auslenkung einer Doppelfederbefestigung bestimmt, die die untere Oberfläche trägt.

Van-der-Waals-Kräfte sind zwischen Oberflächen im Vakuum und in Medien immer vorhanden. Die Hamaker-Konstante beschreibt die Größe der Van-der-Waals-Wechselwirkungen. In Flüssigkeiten kann die Van-der-Waals-Kraft abstoßend sein, wenn die dielektrischen Eigenschaften des Mediums zwischen denen der Oberflächen liegen.

Elektrostatische Doppelschichtkräfte entstehen durch geladene Oberflächen in Elektrolytlösungen. Die Oberflächenladung wird durch Gegenionen neutralisiert, die eine diffuse Schicht bilden. Die Überlappung diffuser Schichten bei Annäherung der Oberflächen erzeugt Abstoßung in wässrigen Systemen. Die Debye-Länge charakterisiert die Reichweite elektrostatischer Kräfte und hängt von der Ionenstärke ab.

Die DLVO-Theorie kombiniert Van-der-Waals-Anziehung und elektrostatische Abstoßung zur Erklärung der kolloidalen Stabilität. Das primäre Minimum bei enger Annäherung führt zu irreversibler Aggregation, während das sekundäre Minimum bei größerem Abstand reversible Flockung erzeugen kann. Die Schulze-Hardy-Regeln beschreiben den Einfluss der Elektrolytwertigkeit auf die kritische Koagulationskonzentration.

Über DLVO-Kräfte hinaus werden in spezifischen Systemen zusätzliche Wechselwirkungen gemessen. Hydratationskräfte entstehen durch Wasserstrukturierung nahe hydrophiler Oberflächen. Hydrophobe Wechselwirkungen treiben die Anziehung zwischen unpolaren Oberflächen in Wasser an und sind an der Proteinfaltung beteiligt. Sterische Kräfte von adsorbierten Polymeren und Biomolekülen bieten Stabilisierung. Brückenkräfte treten auf, wenn Polymere auf beiden Oberflächen adsorbieren.

Das Rasterkraftmikroskop misst ebenfalls Oberflächenkräfte einschließlich Adhäsion, Reibung und Einzelmolekül-Wechselwirkungen. Die Kraftspektroskopie mit funktionalisierten Spitzen misst spezifische Ligand-Rezeptor-Interaktionen mit Pikonewton-Empfindlichkeit.