本发明提供了一种多级串联式生物集成除臭方法及装置，包括：依次串联连接的生物预洗单元、一级生物处理单元和二级生物处理单元。生物预洗单元接收恶臭气体，恶臭气体与雾化后的生物预洗菌液相互混合，吸收和降解恶臭气体后的液体落入底部水池；一级生物处理单元内部填充多面空心球填料，二级生物处理单元内部填充二次发泡聚氨酯颗粒海绵填料，恶臭气体经过一级和二级生物处理单元填料时，分别被填料上附着的微生物吸收、吸附和降解。本发明在低能耗、低成本运行的同时实现恶臭气体处理达标，减少恶臭气体对大气的污染。