本发明提供了一种等离子体诊断用三台阶式复合马赫探针，应用于托卡马克磁约束核聚变实验装置上，包括呈三个台阶阵列分布的多个双探针对、悬浮电位探针和马赫探针对；采用本方案，基于朗缪尔探针测量原理，通过合理布置探针阵列，可同时测量等离子体同一位置的环向和极向马赫数以及等离子体温度及其梯度、密度及其梯度、径向电场和极向电场等参数，极大的降低了核聚变实验装置上的测量时间，安全性能显著提高，同时也可实现对同一个小尺度高频瞬态扰动参数的测量。