本发明提供一种三层结构嵌套的月尺度径流预测方法，包括以下步骤：建立三层结构嵌套的月尺度径流预测模型；将流域水分的存储分为三个储水层，分别为地表水层、土壤水层和地下水层，根据月尺度径流预测模型和流域在第i月的潜在蒸散发，得到流域在第i+1预测月的流域总径流。本发明将水分在流域的存储分为三层结构，分别为地表水层、土壤水层和地下水层，充分考虑地表产流以及水分在土壤水层和地下水层的交换过程，从而提高月尺度径流预测精度。另外，针对部分区域缺乏潜在蒸散发数据集，或者没有完整的气象观测资料用于估算潜在蒸散发的问题，本发明提出一种基于温度和纬度的潜在蒸散发计算方法，为月尺度径流预测提供必要的输入数据来源。