本发明涉及路面材料反演的技术领域，公开了一种基于复模态叠加法的路面材料参数动态时域反演方法，其包括S1：利用三维有限元方法离散路面结构，进行三维路面结构动态响应分析，得到动态响应分析结果；S2：根据动态响应分析结果进行未知路面材料参数识别，得到最小化目标函数及其解；S3：对未知路面材料参数进行弯沉敏感度分析，获得最优未知路面材料参数值。本发明使用复模态叠加技术求解结构动态响应及其基于解析法的敏感度方程，最大限度的减少了存储资源和计算成本的消耗，有效地确定路面材料的未知层模量和阻尼系数，既能在时域中更好的解释FWD测试数据，又能克服自由度数多的大模型三维有限元占用存储资源多及计算成本高的效果。