本发明涉及一种基于振动光谱成像的渗透深度及空间浓度分布的分析方法，包括：在人造皮肤中引入外源性待测目标物，得到人造皮肤样品，并进行光谱采集；基于采集的光谱数据，提取最优的特征性光谱；提取待分析物的浓度贡献系数，将浓度贡献系数与待测目标物的分布关联；对人造皮肤中待测目标物的渗透深度及空间浓度分布进行成像。与现有技术相比，本发明实现了化妆品分子，药物分子，有毒物质等在皮肤中的渗透深度以及空间浓度分布的可视化分析，能够直观地看到目标组分是否穿透角质层及其在皮肤中能够渗透到的深度；本发明开发的方法可以实现在体皮肤中目标物的三维原位分析。