표면과학(Surface science)은 물질의 표면에서 일어나는 물리적·화학적 현상을 연구하는 학문 분야이다. 물질의 표면은 그 내부(벌크, bulk)와 매우 다른 물리적·화학적 성질을 가지며, 이러한 차이에서 비롯되는 현상을 체계적으로 다룬다. 표면과학은 크게 표면화학(surface chemistry)과 표면물리학(surface physics)의 두 하위 분야로 구성된다.
표면과학의 연구 대상은 고체-액체 계면, 고체-가스 계면, 고체-진공 계면, 액체-가스 계면 등 두 상(phase)의 경계에서 발생하는 현상 전반을 포함한다. 물질의 표면은 원자나 분자 간 결합이 불포화 상태에 있어 벌크와 다른 에너지 상태를 가지며, 이로 인해 흡착(adsorption), 촉매 반응, 표면 재구성(surface reconstruction), 표면 확산 등의 독특한 현상이 나타난다.
표면과학은 불균일 촉매(heterogeneous catalysis), 전기화학, 반도체 공정, 부식 과학, 지구화학 등 여러 응용 분야에서 핵심적인 역할을 한다. 특히 재료나 소자의 크기가 작아질수록 표면의 비중이 커지므로, 나노기술(nanotechnology)의 발전과 함께 표면과학의 중요성은 더욱 증가하고 있다. 대표적인 표면 분석 기술로는 X선 광전자 분광법(XPS), 오제 전자 분광법(AES), 주사 터널링 현미경(STM), 원자간력 현미경(AFM) 등이 있다.
표면과학은 20세기 후반 진공 기술과 표면 분석 기기의 발달과 함께 본격적으로 발전하였으며, 현재는 재료과학, 화학, 물리학, 공학이 교차하는 학제적 연구 분야로 자리잡고 있다.
