分级结构是生物体最显著的特征，分级结构又包括两类，第一类为宏观结构与微观结构具有相似性的分级结构，典型的如毛发、骨骼，这种从纳米到宏观的分级结构具有典型的分形特征。第二类为层状分级材料，典型的如海洋贝类的壳体，贝壳为有机/无机的层状结构，骨骼骨密质与骨松质的梯度分布，以及竹材、木材增强纤维的梯度分布等。 我们在新材料的设计和新的表面改性技术开发的时候，以天然生物材料作为我们仿生设计的蓝本。天然生物材料其结构的精巧是人工材料所无法比拟的，要想人工合成与天然生物材料结构相似的材料，就要实现在纳米尺度之上的材料的自组装，随着仿生材料科学及纳米技术的不断发展，与其它交叉学科诸如医学、化学、物理、电子等交叉融合不断深入，人类在实现纳米尺度上的自组装将会变成现实。
天然生物材料大多是复合材料，它们具有分级、有序的特征。有序性是从分子到纳米、微米和宏观层次，最终在不同层次上形成不同的分级结构。天然生物材料的梯度结构是生物分级、有序特征的一种表现形式，这种分级结构使生物材料显示出了良好的机械性能，在保持较高的强度的基础上，材料的韧性得到改善。
整体结构是一个由基部向上直径逐渐递减的圆锥形空心结构，每隔几厘米至几十厘米 有一个竹节，由节的横隔壁组成一个纵横关联的整体，宏观上呈现直径递减梯度结构。
决定材料力学性质的主要成分，纤维管束为增强相，且是长纤维增强，分布在纤维管 束之间的薄壁基本组织起着缓冲作用，增强了竹材的弹性和韧性。纤维管束在竹材表面分布密集，而到竹材里层则渐渐稀疏，竹材纤维管束的梯度分布使竹材表面具有良好的耐磨性，纵向具有较好的韧性，整体呈现较好的强韧性。
竹材的拉伸强度和密度曲线、杨氏模量、弯曲强度和压缩曲线的变化趋势和拉伸强度类似。这些性能都是在竹干的竹青部分有最高值，然后沿着厚度方向逐渐降低。纤维管束在竹材表面分布密集，而到竹材里层则渐渐稀疏，竹材纤维管束的梯度分布使竹材表面具有良好的耐磨性，纵向具有较好的韧性，整体呈现较好的强韧性。