本发明公开了一种高效率灭菌的过氧化氢等离子灭菌器及灭菌方法，灭菌器包括安装有真空泵、蒸发器、灭菌舱和控制系统的灭菌器本体，还包括设有容纳腔的缓存舱，缓存舱通过第一管道和第二管道与灭菌舱连通；第一管道上安装有第一空气泵和第一控制阀，第二管道上安装有第二控制阀，第一控制阀用于打开或关闭第一管道，第二控制阀用于打开或关闭第二管道；第一空气泵、第一控制阀和第二控制阀均与控制系统电连接。本发明将浓度值与预设阈值进行比较，如浓度值小于阈值，则控制系统操控蒸发器向灭菌舱内补充一定量的灭菌气体，以保证灭菌工作顺利完成；在整个灭菌过程中，管腔内始终以较高浓度的灭菌气体进行灭菌，大大提高了灭菌效率且提高了灭菌效果。