本发明公开了一种蜂窝状多孔结构二氧化钛薄膜及其制备方法。该多孔结构二氧化钛薄膜是以钛基前驱体分子为构筑基元，采用呼吸图案法以水滴为动态模板，进行表面溶胶凝胶过程制备得到的。该多孔二氧化钛薄膜的孔径尺寸可以在材料制备过程中通过改变试验参数实现动态控制，如前驱体溶液浓度、混合溶剂的组成、气体流速等。该多孔二氧化钛薄膜相对于钛箔具有更好的细胞相容性，可以铺展于钛基种植体材料表面，用于改善其生物相容性和生物活性，缩短种植体材料与人体的骨整合时间。