本发明公开了一种焦距可调的超材料透镜及其设计方法。本方法的步骤包括：选定超材料即石墨烯/介电层周期堆叠结构，确定超材料中各层的结构参数及特性参数，确定超材料的工作频率；简化超材料的等效张量，关注张量中的各元素与哪些参数有关；针对工作频率，调节石墨烯化学势μc，使超材料的色散曲线能在椭圆与双曲线间切换，使该透镜能在凹透镜与凸透镜间切换；进一步调节石墨烯化学势μc，使超材料的双曲线型色散曲线的开口大小能随之变化，进而调节该透镜的焦距长度；获得该透镜的工作效率。本发明的透镜结构简单，使用时只需改变石墨烯的化学势，工作条件易于达到。本发明能广泛应用于定向天线、定向耦合和光子集成电路等领域。