本发明涉及一种球形物体质量测量系统及测量方法，属于质量测量技术领域。利用照明系统对样品进行照明，然后通过成像系统对样品进行清晰成像，以光镊捕获系统为核心，进行球形物体的捕获。通过测量系统得到待测物体受限布朗运动的运动轨迹，得到其均方位移。最后将均方位移代入微粒弹道运动或介于扩散与弹道运动中间过程时的运动方程得到待测物体的质量。通过利用光镊对待测物体捕获可以无需接触便对待测物体进行操控，待测量物体可以存在于气体、液体、真空等环境。通过成像系统可实时观察待测量物体的状态，判断物体是否为所需测量的物体以及被光镊所捕获。