本发明涉及一种基于光谱指纹特征的弱小目标跟踪方法，包括以下三个步骤：步骤一：目标光谱稳定吸收特征描述，通过画幅式成像光谱仪获得前景高光谱图像，并对高光谱图像进行数据预处理，用以消除设备噪声；步骤二：建立基于高光谱影像的运动目标跟踪数学模型，结合基本的可见光目标运动模型和光谱吸收特征，建立基于高光谱影像的运动目标跟踪数学模型；步骤三：针对高光谱图像的层次化粒子滤波跟踪，综上三个步骤，最终算法输出目标的光谱指纹特征集、当前的即运动状态向量以及目标的运动轨迹。本发明方法满足了高光谱弱小目标精确跟踪的需要，并且增强了跟踪算法的适用范围和实用效能。