本发明涉及薄膜处理技术领域，并具体涉及一种薄膜双向混合拉伸装置与方法，薄膜双向混合拉伸装置包括支架、两个环形轨道与两个传动链夹。相对于传统的同步拉伸方式而言，在同步拉伸步骤之前增加了预横拉步骤，在烘箱内的高温环境下，先对加热到工艺温度的薄膜进行小幅度的横向拉伸，使轨道机构对薄膜在横向上形成足够且稳定的横拉伸力后再启动纵向拉伸，并使薄膜在横向及纵向均最终达到要求的拉伸倍率即可，如此能有效解决薄膜同步拉伸技术的既有缺陷，缓解薄膜侧部与中部的物理特性差异导致的变形，能大大提高薄膜拉伸质量，避免薄膜出现弓形缺陷。从而对高附加值膜材的生产具有更广阔的应用前景。