本发明公开了一种热质混合多级发电系统，包括热水池、水泵、一次分离罐、一级汽轮机、一级发电机、二级水轮机、二级发电机、二次分离罐、冷凝器、工质泵和循环泵；一次分离罐的入口通过水泵与热水池相连，还通过工质泵与冷凝器的液体出口相连，冷凝器与一次分离罐之间的管道中设有不溶于水的低沸点工质；一次分离罐的气体出口经一级汽轮机与冷凝器的气体入口相连；一次分离罐的液体出口经二级水轮机与二次分离罐的入口相连；二次分离罐的气体出口与冷凝器的气体入口相连；二次分离罐的液体出口通过循环泵与热水池相连。本发明通过直接接触换热和多级发电，在提高发电效率的同时，降低了系统成本，有利于低温余热的回收利用。