本发明公开了一种纳米级减薄方法、直接带隙应变SOI及其制备方法，该减薄方法包括：选取衬底层；设计衬底层的厚度与应变量之间的第一预设关系模型，根据第一预设关系模型计算得到衬底层的第一预设厚度和第一预设应变量；利用化学机械抛光工艺对衬底层进行第一次减薄得到第一减薄衬底层；利用湿法刻蚀工艺对第一减薄衬底层进行第二次减薄得到第二减薄衬底层；利用湿法刻蚀工艺对第二减薄衬底层进行第三次减薄得到第一预设厚度的纳米级衬底层。本发明设计了衬底层的第一预设关系模型，通过第一预设关系模型得到衬底层的临界厚度，通过三次减薄工艺得到厚度为临界厚度的衬底层，工艺实现简单，且实现了衬底层由间接带隙到直接带隙类型的转变。
