本发明涉及一种微生物聚集体或土壤样品预处理及空间结构分析方法，所述方法包括如下步骤：用磷酸盐缓冲液洗去微生物聚集体或土壤样品表面的杂质；将微生物聚集体或土壤样品冷冻干燥后，放入模具；将样品固化剂倒入模具，抽真空数次至其中的气泡排净，放置样品至凝固；将得到的样品放入磨抛机，按需求厚度磨抛获得不同垂直高度的剖面；通过扫描电镜和能谱分析获得样品不同垂直高度剖面的二维图像及元素分布。该方法操作简单易行，能在不破坏微生物聚集体或土壤样品结构的条件下获得空间结构信息和内部元素分布信息。