荷葉效應指的是自清潔特性，這是蓮花（Nelumbo）的葉子所表現出來的超疏水性的結果。由于表面的微觀和納米結構，污垢顆粒被水滴吸走，這使水滴在該表面的附著力降到最低。在其他植物中也發現了超疏水性和自潔性，如Tropaeolum（龍葵）、Opuntia（刺梨）、Alchemilla、甘蔗，以及某些昆蟲的翅膀上也有。

Dettre和Johnson在1964年首次使用粗糙的疏水表面研究了超疏水現象。他們的工作根據涂有石蠟或PTFE端粒的玻璃珠的實驗建立了一個理論模型。1977年，Wilhelm Barthlott和Ehler研究了超疏水微納米結構表面的自清潔特性，他們首次描述了這種自清潔和超疏水特性的蓮花效應；1986年，Brown開發了全氟烷基和全氟聚醚超疏水材料，用于處理化學和生物液體。自20世紀90年代以來，出現了其他生物技術應用。

水的高表面張力使液滴呈現出近乎球形的形狀，因為球形的表面積最小，因此這種形狀使固液表面能最小。當液體與表面接觸時，粘附力會導致表面的潤濕。完全或不完全的潤濕都可能發生，這取決于表面的結構和液滴的流體張力。自清潔性能的原因是表面的疏水憎水雙重結構。這使得表面和液滴之間的接觸面積和粘附力xxx減少，從而形成自清潔過程。這種分層的雙重結構是由特征表皮（其最外層稱為角質層）和覆蓋蠟形成的。蓮花植物的表皮擁有高度為10μm至20μm、寬度為10μm至15μm的乳頭，在這些乳頭上施加了所謂的表皮蠟。這些疊加的蠟是疏水性的，形成雙層結構的第二層。這個系統可以再生。這種生物化學特性負責表面的拒水功能。

一個表面的疏水性可以通過其接觸角來測量。接觸角越大，表面的疏水性越強。接觸角為<90°的表面被稱為親水，接觸角為>90°的表面被稱為疏水。一些植物顯示的接觸角高達160°，被稱為超疏水，這意味著只有2-3%的液滴（典型大小）的表面是接觸的。像荷花這樣具有雙重結構表面的植物可以達到170°的接觸角，即液滴的接觸面積只有0.6%。所有這些都導致了自我清潔的效果。

接觸面積極小的污垢顆粒被水滴拾起，因此很容易從表面上清洗掉。如果水滴滾過這樣的污染表面，無論其化學性質如何，污垢顆粒與水滴之間的附著力都高于顆粒與表面之間的附著力。這種清潔效果已經在普通材料上得到證明，如不銹鋼，當產生一個超疏水的表面。由于這種自清潔效果是基于水的高表面張力，它對有機溶劑不起作用。因此，一個表面的疏水性并不能防止涂鴉。

這種效果對植物來說是非常重要的，因為它可以防止真菌或藻類等病原體的生長，對蝴蝶、蜻蜓等動物來說也是如此，因為它們無法清洗所有的身體部位。自清潔的另一個積極效果是防止植物表面暴露在光線下的區域被污染，導致光合作用減少。

當人們發現超疏水表面的自清潔特性來自微觀到納米尺度的物理化學特性，而不是來自葉子表面的特定化學特性時，就出現了在人造表面使用這種效果的可能性，通過以一般方式而不是特定方式模仿自然。

一些納米技術專家已經開發出處理劑、涂料、油漆、屋頂瓦片、織物和其他表面，通過以技術方式復制植物（如荷花）的自潔特性，使其保持干燥和自我清潔。這通常可以通過在結構化的表面上使用特殊的氟化學或硅樹脂處理，或使用含有微尺度顆粒的組合物來實現。