Las mediciones de fuerza superficial proporcionan acceso experimental directo a las fuerzas que actúan entre superficies y moléculas. El aparato de fuerzas superficiales (SFA, por sus siglas en inglés) fue desarrollado por Israelachvili y Tabor y mide la fuerza entre dos superficies molecularmente lisas en función de la separación con resolución angstrom. Ha sido fundamental para establecer la teoría DLVO de la estabilidad coloidal y comprender las interacciones intermoleculares.

El SFA utiliza dos cilindros cruzados de mica atómicamente lisa. La distancia de separación se mide mediante interferometría de haz múltiple utilizando franjas de orden cromático igual. La luz blanca que pasa a través de las superficies de mica produce franjas de interferencia cuyas longitudes de onda dependen de la separación y el índice de refracción del medio entre las superficies. La fuerza se determina a partir de la deflexión de un resorte de doble voladizo que soporta la superficie inferior.

Las fuerzas de van der Waals siempre están presentes entre superficies en vacío y en medios. La constante de Hamaker describe la magnitud de las interacciones de van der Waals. En líquidos, la fuerza de van der Waals puede ser repulsiva cuando las propiedades dieléctricas del medio son intermedias entre las de las superficies.

Las fuerzas de doble capa electrostática surgen de superficies cargadas en soluciones electrolíticas. La carga superficial se neutraliza con contraiones que forman una capa difusa. La superposición de capas difusas cuando las superficies se aproximan produce repulsión en sistemas acuosos. La longitud de Debye caracteriza el alcance de las fuerzas electrostáticas y depende de la fuerza iónica.

La teoría DLVO combina la atracción de van der Waals y la repulsión electrostática para explicar la estabilidad coloidal. El mínimo primario en aproximación cercana conduce a agregación irreversible, mientras que el mínimo secundario a mayor separación puede producir floculación reversible. Las reglas de Schulze-Hardy describen el efecto de la valencia del electrolito sobre la concentración crítica de coagulación.

Más allá de las fuerzas DLVO, se miden interacciones adicionales en sistemas específicos. Las fuerzas de hidratación surgen de la estructuración del agua cerca de superficies hidrofílicas. Las interacciones hidrofóbicas impulsan la atracción entre superficies no polares en agua y están implicadas en el plegamiento de proteínas. Las fuerzas estéricas de polímeros y biomoléculas adsorbidos proporcionan estabilización. Las fuerzas de puente ocurren cuando los polímeros se adsorben en ambas superficies.

El microscopio de fuerza atómica también mide fuerzas superficiales incluyendo adhesión, fricción e interacciones de molécula única. La espectroscopia de fuerza con puntas funcionalizadas mide interacciones específicas ligando-receptor con sensibilidad de piconewtons.