本申请涉及一种基于激光超声多模态的残余应力测试方法，包括以下步骤：S1，利用脉冲激光辐照在被检测工件表面，在被检测工件的固体材料中激励出超声波，用激光干涉仪与脉冲激光激励点间隔一定距离进行接收，得到传播一定时间的临界折射纵波和表面波信号；S2，将激光干涉仪向远离激光激励点的方向移动一定距离，再次用激光干涉仪接收临界折射纵波和表面波信号，通过得到两个不同位置上的信号，计算出临界折射纵波和表面波的传播速度；S3，建立应力和临界折射纵波、表面波的传播速度的关系式；S4，将S2得到的临界折射纵波和表面波的速度代入到应力和速度的关系式中，得到被检测工件中的应力状态。本发明能够较精确地检测出工件中的残余应力。