本发明公开了一种原位多功能结冰物理特性观测系统及方法，用于观测试样材料表面水滴结冰过程，包括：冻结模块、冻结过程观测模块、温度特征采集模块、结冰界面应力测量采集模块和结冰粘附强度测量模块；通过获取并存储各个模块采集的形态变化特征参数、粘附面积、内部温度变化特征参数及温度区域分布图、结冰界面应变特征参数和切向粘附力，并根据结冰界面应变特征参数计算冻结过程中的界面应力，以及根据粘附面积和切向粘附力计算切向粘附强度，充分了解水在材料表面的粘附过程形成机理，有助于开发、优化防除冰技术，降低清除材料表面覆冰时产生的高耗能、高成本以及污染环境的弊端。