本發明涉及一種在醫用鈦表面制備具有多級孔結構二氧化鈦層的方法。本發明提出的方法是首先將醫用鈦在醋酸電解液中采用直流緩慢均速升流模式陽極氧化,然后在硫酸或醋酸鈉電解液中采用直流恒壓模式二次陽極氧化,得到具有多級孔結構的二氧化鈦層,大孔結構由交錯分布的溝槽結構組成,溝槽寬20~30微米,小孔結構為致密分布于整個膜上亞微米級微孔結構,孔徑在幾十到幾百納米之間。本工藝簡單、快捷,操作簡便,有望作為骨科、牙科或整形外科領域醫用鈦金屬的表面改性方法。