本发明涉及一种串级复合型深度除湿空气处理系统，包括：加热装置，用于室内回风的加热；固体吸附转轮，转动的布置在所述加热装置的出风侧，所述固体吸附转轮包括除湿区和再生区；溶液再生装置，用于吸湿溶液的再生；降温除湿装置，用于所述回风的降温除湿；溶液除湿装置，所述溶液除湿装置与所述溶液再生装置之间形成溶液循环回路，所述除湿区布置在所述溶液除湿装置的出风侧；末端显热处理装置，用于所述室内回风的温度调控；室内回风依次经过所述加热装置、再生区、溶液再生装置、降温除湿装置、溶液除湿装置和末端显热处理装置后排出至室内。所述复合型深度除湿空气处理系统能够实现高效以及深度除湿，并实现高效的温度、湿度独立控制。