pinta-aktiiviset aineet (yleensä pinta-aktiiviset aineet) ovat amfipaattisia molekyylejä, jotka koostuvat ei-polaarisesta hydrofobisesta osasta, yleensä suorasta tai haarautuneesta hiilivety-tai fluorocarbon-ketjusta, joka sisältää 8-18 hiiliatomia ja joka on kiinnittynyt polaariseen tai ioniseen osaan (hydrofiiliseen). Hydrofiilinen osa voi siis olla nonioninen, ioninen tai zwitterioninen, johon kahdessa viimeisessä tapauksessa liittyy vasta-aineita. Hiilivetyketju vuorovaikuttaa vesiympäristössä heikosti vesimolekyylien kanssa, kun taas polaarinen eli ioninen pääryhmä vuorovaikuttaa voimakkaasti vesimolekyylien kanssa dipoli-tai ioni-dipoli-vuorovaikutusten kautta. Juuri tämä voimakas vuorovaikutus vesimolekyylien kanssa saa pinta-aktiivisen aineen liukenemaan veteen. Vesimolekyylien välisen dispersion ja vetysidoksen yhteistoiminnallisella vaikutuksella on kuitenkin taipumus puristaa hiilivetyketju pois vedestä,minkä vuoksi näitä ketjuja kutsutaan hydrofobisiksi. Molekyylin hydrofobisen ja hydrofiilisen osan välinen tasapaino antaa näille systeemeille niiden erityisominaisuudet, esimerkiksi kertymisen erilaisiin rajapintoihin ja yhdistymisen liuoksessa (misellien muodostamiseksi). Pinta-aktiivisen aineen adsorption käyttövoimana on vaiherajan vapaan energian alentaminen. Rajapinnan vapaa energia pinta-alayksikköä kohti on rajapinnan laajentamiseen tarvittava työmäärä. Tämä interfacial vapaa energia, kutsutaan pinta-tai interfacial jännitys, γ, annetaan MJM−2 tai mNm-1. Pinta-aktiivisten molekyylien adsorptio rajapinnassa alentaa γ: ta, ja mitä suurempi pinta-aktiivisen aineen adsorptio (eli mitä tiheämpi kerros on), sitä suurempi on γ: n pelkistyminen. Pinta-aktiivisen aineen adsorption aste rajapinnassa riippuu pinta-aktiivisen aineen rakenteesta ja rajapinnan kohtaavien kahden faasin luonteesta. Pinta-aktiiviset aineet myös kerääntyvät liuokseen muodostaen misellejä. Käyttövoima micellemuodostus (tai micellization) on hiilivetyketjun ja veden välisen kontaktin pelkistyminen, jolloin systeemin vapaa energia vähenee. Misellissä pinta-aktiiviset hydrofobiset ryhmät suuntautuvat kohti aggregaatin sisäosia ja napaiset pääryhmät kohti liuotinta. Nämä misellit ovat dynaamisessa tasapainossa, ja pinta-aktiivisen molekyylin ja misellin välinen vaihtonopeus voi vaihdella suuruusluokittain pinta-aktiivisen molekyylin rakenteesta riippuen.