本发明公开了一种非饱和冻土的离心机系统及基质势测试方法，本发明通过公转对四个土样进行离心排水，可一次性获得多组数据点，通过自转维持土样体积不因压密而发生较大变形，使基质势计算结果更加准确；离心水收集装置位于离心管两端，可实时收集离心排出的水，在某一转速下离心结束后可从离心管上取下称重，无需每次拆卸离心管，倒出所排水，实现连续测量；所述温控装置通过在离心管周围通循环液控制土样的离心温度，通过调整储液箱中循环液温度可实现正负温控制。本发明根据离心机转速、排水量和离心温度，计算并绘制出非饱和冻土基质势、温度和未冻水含量之间的关系曲线，直观表现非饱和冻土的土水特征和冻结特性。