Jak již sám název napovídá, cílem tohoto útoku není vyčerpání kapacity přenosové linky, ale útok na konkrétní aplikaci. Tento typ útoku bývá také označován jako Layer 7 DDoS Attack. Útočník v rámci probíhajícího útoku přetěžuje specifické funkce nebo prvky webové stránky oběti, a to na aplikační vrstvě ISO/OSI modelu. Zaměřuje se na tu část aplikace, která serveru zabere nejvíce času na zpracování, a na ni vede velké množství požadavků. Postupem času se server dostane do stavu, kdy nebude schopen všechny požadavky odbavovat. Útoky typu Application Level Attack jsou většinou prováděny s určitým záměrem, jako je např. přerušení transakcí nebo přístupu do databáze. Na rozdíl od volumetrického útoku není tento typ útoku tak náročný na realizaci. Útočníkovi k němu zpravidla postačí mnohem méně zdrojů, přičemž potřebuje pouze dostatečný počet útočících strojů. Během útoku se útočník snaží, aby si napadený server myslel, že se jedná o běžný provoz, ale přitom se zaměřuje na specifické zranitelnosti cílové aplikace. Mezi nejrozšířenější útoky tohoto typu patří tzv. HTTP Flood Attack a Slowloris Attack.