本发明公开一种基于未知输入观测器的二级化学反应器故障检测方法，根据质量守恒原理构造二级化学反应器模型；考虑时滞、干扰、不确定性和故障的情况，给出系统状态方程的一般表达式；设计未知输入观测器，给出误差动态方程；当不确定项等于零时，得到参考残差模型，给出其渐进稳定且同时具有较佳鲁棒性以及敏感性的充分条件，得出参考残差模型参数；给出系统渐进稳定的充分条件，构造增广系统，并给出其渐进稳定的充分条件，得出未知输入观测器以及实际参考残差模型参数；设计评价函数、阈值，并给出故障决策逻辑。本发明中设计的故障检测方法，对未知输入具有鲁棒性，对故障也具有较高的敏感性，能够实现对二级化学反应器系统的故障检测。