Многоуровневые модели представляют собой иерархические структуры для обработки информации. Каждый уровень абстракции преобразует входные данные в более сложные представления. Эта модель обеспечивает последовательную обработку данных, при которой выход одного уровня служит входом для следующего. Такой подход позволяет системе выделять и комбинировать признаки с различной степенью сложности. В многоуровневых моделях реализованы механизмы прямого и обратного распространения информации, а также методы оптимизации параметров на каждом уровне иерархии.