本发明提供基于物理场分布非均匀性的质子交换膜燃料电池运行方法，包括以下步骤：建立实验模型；对实验模型进行极化曲线测试；调整操作条件；绘制极化曲线与功率曲线；建立相应的数值矩阵；将物理场分布进行数值表示，得出PEMFC非均匀性的大小；在不同操作条件下，绘制在同一坐标系下PEMFC温度分布、电流密度分布非均匀性关于电流密度的关系图；绘制关于电流密度非均匀性与PEMFC输出功率的曲线,温度非均匀性与PEMFC输出功率的曲线；提取相应的特征表达式计算出PEMFC输出功率；对比传统的极化/功率曲线与非均匀性PEMFC输出功率的曲线，以及计算出的PEMFC输出功率，即可得出不同电流密度下的最佳运行温度。