超临界水系统的串联梯级多次氧化及换热系统及操作方法，一级气化反应器、一级氧化室、一级换热器、二级气化反应器、二级氧化室、二级换热器、三级氧化室、三级换热器和气液分离装置依次连接；一级氧化室、二级氧化室和三级氧化室均连接氧化剂供应模块；一级气化反应器和二级气化反应器连接原料供应模块；水供应模块的一端连接原料供应模块，另一端连接气液分离装置的液体端，高压产品气体储罐连接气液分离装置的气体端。本发明提出超临界水系统的串联梯级多次氧化及换热系统及操作方法，能够提高超临界水气化系统的生产效率，减少传热需求，并且通过梯级多次氧化来降低反应器温度，结合多级换热器的综合设计提高传热效率。