本发明公开了一种内孔径周期变化和周期可调的TiO₂纳米管阵列薄膜及其制备方法。本发明基于阳极氧化法，其主要步骤是以氟化铵的乙二醇溶液为电解液，对经过预氧化处理并超声去除氧化薄膜的Ti片在周期性的脉冲电压下阳极氧化60～200个周期，所得样品经去离子水清洗并干燥后，得到内孔径周期变化TiO₂纳米管阵列薄膜。这种内孔径周期变化TiO₂纳米管阵列薄膜的周期长度可以通过控制每周期内各段的氧化时间以及电压大小来调控。本发明方法操作简单，成本低廉，可大面积制备目标产物，适于大规模的工业化生产，目标产物有望在染料敏化太阳能电池和基于TiO₂的光子晶体等领域获得实际应用。