本发明公开了一种非饱和冻土基质势的测量系统与测量方法，系统包括检测头、温控装置、光学测量模块和数据处理模块；检测头包括外套、温度传感器、液态水过滤板和透光镜片，外套的两端均为开口，液态水过滤板连接于外套的外端以防止液态水进入外套内，透光镜片连接于外套内、沿外套长度方向布置，一对温度传感器分别连接于外套的外端外、关于透光镜片对称布置；温控装置与透光镜片相连用于调控透光镜片的温度；光学测量模块包括红外线发射器、红外线接收器，两者对正设置于外套的内壁、分置于透光镜片的两侧；数据处理模块与光学测量模块电性连接用于监测信号脉冲的变化。现场测量，消除模拟误差；利用光学元件排除低温环境的影响。