杨氏方程中所预示的接触角只适用于平坦光滑的固体表面，而实际的固体表面可能是粗糙不平的，这就使得表观接触角与本征接触角存在一定的差值。
Wenzel方程认为粗糙表面的固—液界面的真实接触面积大于表观接触面积，且液体始终能填满粗糙表面上的凹槽，所以粗糙表面的表观接触角θ※与平坦表面的本征接触角（杨氏接触角）θe有如下关系：
cosθ※=r(γSG-γSL)/γLG=r·cosθe (1)
(1)式中r为粗糙因子（等于固—液界面实际接触面积与假想接触面积之比，r≥1），由此式可知，对于原本亲水的表面（θe＜90°），r值越大则θ※越小；原本疏水的表面（θe＞90°），r值越大则θ※越大。即表面粗糙化能使亲水的表面更亲水，疏水的表面更疏水。
Cassie方程认为液滴与粗糙表面的接触为复合接触，在疏水表面上的液滴不能填满粗糙表面上的凹槽，液体和固体接触面凹槽之间存在气泡，所以当固—液—气复合接触面达到热力学平衡时，粗糙表面的表观接触角θ※是平坦表面的本征接触角（杨氏接触角）θe和180°的平均值，既有如下关系：
cosθ※=fs(1+cosθe)-1 (2)
(2)式中fs为复合接触面中突起固体面积与总接触面积之比（fs＜1），由此式可知，对于原本疏水的表面（θe＞90°），fs越小则θ※越大。即提高空气垫部分所占的比例，将会增强固体表面的超疏水性能。