本发明公开了一种核燃料颗粒包覆层厚度检测方法，包括：在第一放大倍数下，采集待测样品的表面图像，待测样品的表面包括多个核燃料颗粒的剖面；确定表面图像中的可测颗粒，其中，可测颗粒为剖面面积大于第一阈值且与周围颗粒的平均间距小于第二阈值的核燃料颗粒；在第二放大倍数下，采集可测颗粒的剖面图像，其中，第二放大倍数大于所述第一放大倍数；确定剖面图像中可测颗粒的中心和各包覆层的轮廓线，根据中心和各包覆层的轮廓线来确定各包覆层的厚度。本发明一并公开了相应的可燃料颗粒包覆层厚度检测装置。