本发明属于工程抗震技术领域，本发明的基于物理机制的三层次工程抗震地面运动选择方法包括如下步骤：综合考虑场地效应、震中距、震级大小的地震环境因素，第一层次地面运动的选择完成；计算工程结构各阶周期和振型，计算各振型参与质量系数；确定有效振型数及有效周期为；计算区段周期点上地面运动时程谱加速度与规范谱相对差，进行局部谱匹配，第二层次初步地面运动选择完成；计算有效周期上地面运动时程谱加速度与规范谱相对差；计算区段周期点上地面运动时程谱加速度与规范谱相对差平均值。本申请解决了长周期工程结构的高振振型地面运动选择问题，提升了不同工程结构地面运动选择技术在大震、特大震条件下的适用问题。