Gli agenti tensioattivi (solitamente indicati come tensioattivi) sono molecole anfipatiche costituite da una porzione idrofobica non polare, solitamente una catena idrocarburica o fluorocarbonica diritta o ramificata contenente 8-18 atomi di carbonio, che è attaccata a una porzione polare o ionica (idrofila). La porzione idrofila può, quindi, essere non ionica, ionica o zwitterionica, accompagnata da contrioni negli ultimi due casi. La catena idrocarburica interagisce debolmente con le molecole d’acqua in un ambiente acquoso, mentre il gruppo di testa polare o ionico interagisce fortemente con le molecole d’acqua tramite interazioni dipolo o ion-dipolo. È questa forte interazione con le molecole d’acqua che rende il tensioattivo solubile in acqua. Tuttavia, l’azione cooperativa di dispersione e legame di idrogeno tra le molecole d’acqua tende a spremere la catena idrocarburica dall’acqua, e quindi queste catene sono indicate come idrofobiche. L’equilibrio tra la parte idrofobica e idrofila della molecola conferisce a questi sistemi le loro proprietà speciali, ad esempio l’accumulo a varie interfacce e l’associazione in soluzione (per formare micelle). La forza motrice per l’adsorbimento del tensioattivo è l’abbassamento dell’energia libera del confine di fase. L’energia libera interfacciale per unità di superficie è la quantità di lavoro necessaria per espandere l’interfaccia. Questa energia libera interfacciale, indicata come tensione superficiale o interfacciale, γ, è data in mJm-2 o mNm−1. L’adsorbimento delle molecole di tensioattivo all’interfaccia abbassa γ e maggiore è l’adsorbimento del tensioattivo (cioè, più denso è lo strato), maggiore è la riduzione di γ. Il grado di adsorbimento del tensioattivo all’interfaccia dipende dalla struttura del tensioattivo e dalla natura delle due fasi che soddisfano l’interfaccia. Gli agenti tensioattivi si aggregano anche in soluzione formando micelle. La formazione di micelle della forza motrice (o micellizzazione) è la riduzione del contatto tra la catena idrocarburica e l’acqua, riducendo così l’energia libera del sistema. Nella micella, i gruppi idrofobici tensioattivi sono diretti verso l’interno dell’aggregato e i gruppi di teste polari sono diretti verso il solvente. Queste micelle sono in equilibrio dinamico e il tasso di scambio tra una molecola di tensioattivo e la micella può variare di ordini di grandezza, a seconda della struttura della molecola di tensioattivo.