关系型数据库和层次型数据库的主要区别在于它们组织和结构化数据的方式。关系型数据库将数据存储在具有行和列的表中，使用键来关联不同表中相关的信息。例如，客户的订单可能存储在另一个表中，并通过客户 ID 与客户表关联。相比之下，层次型数据库以树状结构组织数据，其中每个记录（节点）只有一个父节点和可能多个子节点。这种父子模型是刚性的，类似于组织结构图，其中每个部门分支到特定的团队或角色。
关键区别在于数据访问和灵活性。关系型数据库使用 SQL，通过联接和过滤允许跨多个表灵活查询数据。例如，将客户数据与其订单和支付历史结合起来需要通过共享键联接表。然而，层次型数据库需要从根节点向下遍历树。如果要访问子节点，必须通过其父节点。这对于特定路径（例如，获取某个部门下的所有员工）可能高效，但对于复杂的关系则缺乏灵活性。例如，从层次结构中不相关的分支检索数据可能涉及冗余或缓慢的操作，因为层次系统缺乏内置的联接机制。
用例也有所不同。关系型数据库擅长处理需要复杂事务和即时查询的应用，例如电子商务平台或银行系统，在这些场景中数据完整性和灵活性至关重要。它们支持 ACID 合规性，并通过分片等技术进行水平扩展。层次型数据库适用于存在固有层次关系的场景，如文件系统（文件夹包含文件）或遗留系统（例如 IBM 的 IMS）。它们在具有可预测访问模式的读密集型工作负载中表现良好，但在多对多关系方面存在困难。例如，在层次系统中添加新的关系（例如，跨类别标记产品）通常需要重复数据或重新设计结构，而关系型数据库通过联接表来处理这种情况。虽然层次模型如今较不常见，但它们在数据自然符合严格层次结构的特定应用中依然存在。