本发明公开了一种同质多层纳米金属薄膜材料的制备方法。该材料的特征是:薄膜完全由同种单一元素构成,并呈现粗晶层和细晶层交替更迭的多层结构。该方法采用磁控溅射技术,将连续沉积和间歇沉积两种工艺结合起来交替使用,并通过溅射过程转速、偏压等实验参数的调整,实现粗细晶粒层的交替更迭,从而使同质薄膜的呈现“多层”的结构特征。该工艺制备的薄膜结构致密,粗细晶粒界面层明晰,可以很容易通过控制不同层薄膜厚度控制粗细晶粒的比例,从而为制备力学性能可控的单相纳米晶材料提供可能。同时,该方法操作简单,成本较低,易于在工业上实现和推广。