一种梯级海水淡化系统及其方法，属于能源与动力领域。其特征在于：该系统还包括余压回收机械蒸汽再压缩海水淡化子系统，该子系统包括与加湿器出口浓海水相连的蒸发器、与蒸发器海水侧出口相连的分离器、与分离器蒸汽出口相连的压缩机、与蒸发器蒸汽侧出口相连的余压回收器，分离器浓海水出口与加湿除湿海水淡化子系统的海水集热器热海水侧进口相连。本发明充分利用机械蒸汽再压缩海水淡化子系统中蒸发器冷凝水压力及分离器排出浓海水的载热量，提高热能的综合利用效率和海水淡化系统的造水比，遵循了能量梯级利用的原则，符合国家节能减排及水资源可持续发展战略的目标。