本发明提供了一种多段双源一体化土壤热脱附装置，包括进料单元、热脱附单元、燃烧单元和尾气净化单元；热脱附单元包括第一回转体和第二回转体，第一回转体下游部分外侧设有密封壳体，壳体入口与燃烧单元出口连接，壳体出口与进料单元入口连接，进料单元出口与尾气净化单元入口连接；第一回转体由热管和第一鳍片连接成两端开口的筒体结构，热管沿物料的进料方向倾斜设置，每根热管两端封闭内部填充有相变材料；第一鳍片内壁上设有电加热片；第二回转体由冷却水管和第二鳍片连接成两端开口的筒体结构，第二回转体的入口与第一回转体的出口对接。热脱附单元热源来自烟气和电加热，双热源内外布置方式可以大大节约能耗、提高土壤热脱附效率。