本发明提供了一种多能X射线成像方法，该方法的步骤包括：基于依次递增或递减的脉冲电压产生的X射线，对目标进行成像；在每个成像周期内，至少获取4次不同能量级别的X射线成像数据；以及存储介质、多能X射线源和多能X射线成像系统；有益效果：相较于单能和双能X射线可以捕获更多的特征信息，既能实现单能X射线成像的密度差成像和双能X射线能量减影的全部功能，又能提供目标的物质成分分析能力和更高的密度分辨率；将所捕获的特征信息通过特征重建实现对目标物不同特征信息的有效分离，增强对不同物质差异性判断的能力，实现X射线成像从结构成像进入功能成像的全新应用领域，并提供影像组学、大数据和人工智能图像分析应用的良好基础。