本发明涉及乏燃料后处理技术领域，公开一种离子液体/碱双水相体系萃取分离金属含氧酸根的方法，包括步骤：在离子液体与碱溶液的双水相体系，加入金属含氧酸根的溶液，于相变温度下，金属含氧酸根进入离水相实现分离，还包括步骤：采用无机酸对含有金属含氧酸根的离水相进行反萃，于相变温度下，金属含氧酸根金属进入亲水相实现萃取分离，作为萃取剂的双水相体系得以回收。本发明中采用的离子液体/碱双水相体系对金属含氧酸根萃取率高达99.9％、选择性强、粘度低、萃取过程界面传质阻力小，在环境处理、乏燃料处理、贵金属冶炼等金属含氧酸根分离回收领域具有广阔的应用前景。