本发明提供了一种多层分级集成式异位热脱附装置，包括进料单元、一级热处理单元、二级热处理单元、腔室连接通道、出料单元、燃烧单元、脱附废气排出单元、辅助装置等。一级热处理单元和二级热处理单元中部为螺旋推进炉管，炉管外部为高温烟气通道，二级热处理单元炉管下部为燃烧室。本发明具有如下优点和有益效果：①热脱附系统分级设置，污染物去除率高，烟气中热量利用率高；②热处理腔室分层设置，垂向叠放于，占地面积小；③系统集成度高，运输、组装以及运行维护方便；④运行工艺参数可灵活调节，适用于不同浓度、不同组分的有机污染土壤处理。