Biologische Materialien wie Holz, Knochen oder Zahn sind hierarchisch aufgebaut. Holz zum Beispiel besteht aus röhrenförmigen Holzzellen mit einem Durchmesser von mehreren zehn Mikrometern. Die Wände der Holzzellen sind ein Verbundmaterial aus Zellulosefibrillen mit nur wenigen Nanometern Durchmesser, eingebettet in eine Matrix aus Hemizellulose und Lignin. Auch das Innere eines Wirbelknochens ist ein zellulares Material und gleichzeitig ein Nanokomposit aus organischen Fasen und Mineralpartikeln. Die mechanischen Eigenschaften dieser Materialien werden ganz wesentlich durch diesen hierarchischen Aufbau bestimmt. Ständiger An- und Umbau ermöglicht die Anpassung an sich verändernde äußere Bedingungen. Untersuchungen mit Synchrotronstrahlung und Computermodellierung helfen bei der Aufklärung von Strukturen, von Verformungs- und von Adaptierungsmechanismen.