Los agentes tensioactivos (generalmente denominados tensioactivos) son moléculas anfipáticas que consisten en una porción hidrofóbica no polar, generalmente una cadena de hidrocarburos o fluorocarbonos recta o ramificada que contiene 8-18 átomos de carbono, que se une a una porción polar o iónica (hidrofílica). La porción hidrofílica puede, por lo tanto, ser no iónica, iónica o zwitterionica, acompañada de contraiones en los dos últimos casos. La cadena de hidrocarburos interactúa débilmente con las moléculas de agua en un entorno acuoso, mientras que el grupo de cabeza polar o iónica interactúa fuertemente con las moléculas de agua a través de interacciones dipolares o iónicas-dipolares. Es esta fuerte interacción con las moléculas de agua lo que hace que el surfactante sea soluble en agua. Sin embargo, la acción cooperativa de dispersión y enlace de hidrógeno entre las moléculas de agua tiende a exprimir la cadena de hidrocarburos fuera del agua, y por lo tanto estas cadenas se conocen como hidrofóbicas. El equilibrio entre la parte hidrofóbica e hidrofílica de la molécula da a estos sistemas sus propiedades especiales, por ejemplo, acumulación en varias interfaces y asociación en solución (para formar micelas). La fuerza motriz para la adsorción de surfactantes es la disminución de la energía libre del límite de fase. La energía libre de interfaz por unidad de área es la cantidad de trabajo requerido para expandir la interfaz. Esta energía libre interfacial, conocida como tensión superficial o interfacial, γ, se da en mJm−2 o mNm-1. La adsorción de moléculas de surfactante en la interfaz reduce el γ, y cuanto mayor sea la adsorción de surfactante (es decir, cuanto más densa sea la capa), mayor será la reducción en γ. El grado de adsorción del surfactante en la interfaz depende de la estructura del surfactante y de la naturaleza de las dos fases que se encuentran con la interfaz. Los agentes tensoactivos también se agregan en micelas formadoras de solución. La fuerza motriz de la formación de micelas (o micelización) es la reducción del contacto entre la cadena de hidrocarburos y el agua, reduciendo así la energía libre del sistema. En la micela, los grupos hidrofóbicos surfactantes se dirigen hacia el interior del agregado, y los grupos de cabezas polares se dirigen hacia el disolvente. Estas micelas están en equilibrio dinámico, y la tasa de intercambio entre una molécula surfactante y la micela puede variar en órdenes de magnitud, dependiendo de la estructura de la molécula surfactante.