本发明公开了一种非接触式透平机械高转速叶片振动多模态分解方法，获取叶片到达目标位置的第一到达时刻，参考标记到达参考目标位置的第一参考时刻，经过一系列计算得到叶片的第一振动位移，对第一振动位移进行去直流偏移量操作得到第二振动位移，通过以上步骤能够实现高精度的叶片振动位移监测，进一步地使用多个目标位置的第二振动位移进行多模态重构计算，并进行瀑布图分析分解得到叶片的多模态振动信息，大幅减小因转速波动引起的测量误差。