改革开放以来，我国城市数量和规模有了很大的变化，各个城市群规模结构在空间上表现出一定的差异性，我国三大城市群规模结构体系具有什么样的时间效应，大、中、小城市发展是否均衡，与国外城市群相比，现阶段我国城市群规模体系是否合理，呈现什么样的特征，是由于什么样的机制导致中国城市群出现的差异性特征。针对这些问题，本文以中国确立社会主义市场经济体制以来的非农业人口数据为基础，运用城市首位度指数、位序-规模理论、“等级钟”理论、灰色预测模型，多因子对应分析等研究方法，对中国三大城市群规模结构特征进行了实证分析。研究表明，京津冀城市群由于双核城市的存在，城市首位度指数不符合理想状态，长三角和珠三角城市群首位度指数高于理想值，属于典型的首位分布，从位序-规模结构特点来看，三大城市群规模结构都符合位序-规模分布模型，且规模结构表现出差异性，长三角城市群规模结构比较成熟和合理，城市间等级层次明显，形成了以核心城市为中心，大、中、小城市同步发展的空间格局，属于典型的城市“金字塔”结构。珠三角城市群规模结构和长三角保持一致，在首位城市规模、大城市数量和发展速度上欠于珠三角城市群。京津冀城市群规模结构不合理，核心城市北京发展较快，规模垄断性较强，中小城市数量偏多且发展速度慢，人口分布差异程度较大。针对三大城市群规模结构差异性，实证分析了城市群规模结构差异的演变机制，认为市场经济条件下，产业自组织演化、城市群区位条件、政府制度变迁、城市职能分工四个方面是三大城市群空间规模结构的主要演变机制。此外，运用灰色预测模型对三大城市群规模结构进行了预测分析。最后，结合国外三大城市群，对比分析了中国三大城市群规模结构，分析指出中国三大城市群普遍存在问题是首位城市规模偏低，大中城市专业化职能不强。根据中国城市群出现的问题，提出相关对策建议，旨在对中国城市群规模结构的发展和政策完善提供深远的理论价值和现实意义。