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Kang等人利用软刻蚀技术制备得到仿闪蝶表面的PDMS多层级结构，该结构最小保留500nm的结构精度，并且所制备的材料表面具有结构光效应和超疏水自清洁性质。
Pris等人以夜光闪蝶翅膀表面为模板，通过沉积单壁碳纳米管，获得了反射光谱随纳米结构的热膨胀变化的灵敏检测器，其热检测灵敏度达到18 - 62 m K。Huang等人利用等离子体刻蚀技术对硅、锗等半导体表面进行刻蚀，得到仿蝉翼表面的锥形纳米阵列，其表面对UV波具有大于99%的吸收率。
Chen等人通过二氧化硅颗粒掩膜刻蚀法，制备得到伞帽状的纳米PET阵列，随后使用HF刻蚀掉二氧化硅伞帽，得到仿蝉翼表面结构的纳米PET阵列薄膜，该薄膜具有良好的抗反射能力以及超疏水自清洁能力。Li等人使用湿法制备将碳纳米管修饰在1 - 5 μm的聚苯乙烯微米球上，得到具有仿荷叶结构的超疏水表面。
Romano等人通过激光处理不锈钢表面，诱导表面产生周期性的蜂窝状多层级结构，其表面具有疏水和自清洁的特性，并且能够呈现结构色。Wakerley等人利用电化学沉积和疏水链接枝制备得到具有多层级结构的超疏水铜表面，其独特的气-液-固三相界面，能够增大催化位点附近的CO2浓度，相较于未修饰的铜基底，CO2还原乙烯和乙醇过程中的法拉第效率分别从9%和4%上升至56%和17%。多层级孔结构能够创造出单一尺寸孔所没有的性质，经过数亿年的进化，生命体中也存在各种形式的多层级孔结构，使其在残酷的环境中得以生存。
柚子皮具有岛链状多层级孔隙结构，其200 - 400 μm的大孔表面还具有细胞围成的5 - 10μm的小孔结构，这些小孔在空间上呈现密度不一的分布形成链节，能够吸收近90%的冲击能量，并且错综复杂的疏水孔隙网络还能够阻止内部果肉的水分蒸发。此外，多层级孔结构能够加速固-液界面传质，海绵具有微米至毫米的发达孔隙，能够大大降低水流通过的流动阻力，并且高比表面积能够使其表面更多地接触水中的营养物质，即使在微弱的洋流中也能摄取足够的养分维持生存。竹杆的内部也具有厘米至微米的多层级运输通道，能够根据外部的湿度以及含水量调节内部水分运输速率。
骨组织的两端为疏松的骨松质，其内部为微米至毫米的多孔结构，能够抵抗冲击的同时，降低整体骨密度，减少运动所耗损的能量，并且能够为骨细胞和血液之间提供丰富的营养物质交换场所。
生命体内的多层级孔结构能够有效提高固体与流体介质的接触面积，并且减小单位空间内固体材料的占比，以此获得高效的物质运输效率以及轻质的结构支撑。受此启发，研究者们近年来开发出形态各异的多层级孔结构功能材料，并应用于吸能、催化、储能及过滤中。
Wen等人制备了一种仿柚子皮的多孔铝结构，其主要由不同尺寸大小的蜂窝状孔结构相连接，并且在空间内间隔分布，通过理论计算及实验验证，证明其具有单一尺寸孔径结构2.5倍的抗冲击性能。
多层级的孔结构还具备更大的比表面积，因此能够提升物质在表面的吸附效果。例如Sun等人合成出了一种具有纳米至微米分布的多层级孔TiO2，其比表面积高达200 m2/g，能够高效吸收水中的Cr(VI)离子。
多层级孔结构对介质中物质的传递增强作用也能提升界面的反应效率，在催化和储能中具有重要意义。例如Lang等人通过合金-去合金的步骤制备得到拥有纳米多层级孔的Au/MnO2电极表面，利用Au对MnO2的导电性改善作用以及多层级孔的高离子传输效率，实现了高达1145 F/g的电容密度。多层级的孔结构不但能够增加固-液界面面积，还能够使内部的流体具有逐级分布的流通阻力，以此提升整体过滤效率。
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