Op het oppervlak van materialen kunnen watermoleculen interageren met de oppervlakteatomen of moleculen en verschillende structuren vormen, zoals druppels, dunne films en meerlagen. De exacte rangschikking en vorm van watermoleculen is afhankelijk van het specifieke materiaaloppervlak en de omgevingsomstandigheden. Hier zijn enkele veelvoorkomende scenario's:

Op hydrofiele oppervlakken (oppervlakken die water aantrekken) hebben watermoleculen de neiging zich te verspreiden en een dunne film te vormen. De watermoleculen worden sterk aangetrokken door het oppervlak en rangschikken zichzelf op een manier die het contactoppervlak tussen water en het oppervlak maximaliseert. Deze dunne film kan enkele moleculen dik zijn en unieke eigenschappen vertonen, zoals verbeterde oppervlaktebevochtigbaarheid en capillaire werking.

Op hydrofobe oppervlakken (oppervlakken die water afstoten) hebben watermoleculen de neiging druppeltjes of kralen te vormen. De watermoleculen worden niet sterk door het oppervlak aangetrokken, dus minimaliseren ze hun contact met het oppervlak door bolvormige druppels te vormen. De vorm van de druppels wordt beïnvloed door de oppervlaktespanning van water en de balans tussen de aantrekkende krachten tussen watermoleculen en de afstotende krachten tussen water en het oppervlak.

In besloten ruimtes, zoals nanoporiën of tussen twee vaste oppervlakken, kunnen watermoleculen geordende structuren vormen. De opsluiting legt geometrische beperkingen op aan de watermoleculen, waardoor ze zich in specifieke patronen gaan ordenen. Deze geordende structuren kunnen unieke eigenschappen vertonen, zoals veranderingen in fasegedrag, verbeterde thermische geleidbaarheid en veranderde chemische reactiviteit.

Onder specifieke omstandigheden, zoals extreme temperatuur of druk, kunnen watermoleculen ook faseovergangen ondergaan en verschillende kristalstructuren vormen. IJs, dat een vaste fase van water is, kan bijvoorbeeld in verschillende kristallijne vormen voorkomen, elk met zijn eigen specifieke moleculaire rangschikking.

Over het algemeen wordt de vorm van watermoleculen op het oppervlak van materialen beïnvloed door de oppervlakte-eigenschappen, omgevingsomstandigheden en de microscopische interacties tussen watermoleculen en het oppervlak. Deze interacties kunnen leiden tot een verscheidenheid aan waterstructuren en -gedragingen, die een cruciale rol spelen in veel wetenschappelijke en technologische toepassingen.