本发明公开了一种基于组合时序预测的NOx废气浓度预测方法，包括：采集原始NOx废气浓度信号，并对其进行预处理，生成时序数据集A；对m个特征参数进行采样和预处理，构建时序特征序列，并对时序特征序列进行归一化处理，生成时序数据集B；结合时序数据集A和时序数据集B，并利用滑动窗口构建时序相关序列数据组；从单步预测算法库和多步预测算法库中选择p种算法，建立k个p层的组合预测方案，分别对时序相关序列数据组进行中短期的NOx废气浓度预测；利用PR2指标对预测结果进行评价，根据评价结果从k个p层的组合预测方案中选取最优预测方案，对NOx废气浓度进行预测；本发明具有很强的灵活性和适应性，且预测精度高。