本发明公开了一种基于多物理场耦合的多节热离子能量转换器设计方法，包括以下步骤：(1)启动多物理场耦合软件，在软件中选择关于多节热离子能量转换器几何结构的二维轴对称组件，向该组件中添加软件的固体传热模块、固体力学模块、表面对表面辐射模块和电流模块；(2)根据多节热离子能量转换器的几何结构建立几何模型，根据几何结构中不同的材料添加相应的物性参数；(3)对几个模块分别设置初始条件和边界条件；(4)对几何模型划分网格；(5)在软件中选择稳态求解器进行计算，通过软件中的优化模块，对多节热离子燃料元件中的换向连接件几何结构、发射极和接收极的长度和位置、极间间隙宽度开展优化计算，从而得到最佳热电转换效率。