我国三大都市圈的技术创新能力都较强,但都市圈内创新要素的空间分布却具有非均衡的层次性特征,不同城市创新要素的拥有量存在明显差异。另一方面,较高的行政壁垒抑制了创新要素在都市圈内的自由充分流动。测算不同都市圈的创新要素集聚程度,比较分析不同都市圈的创新要素集聚效应,对于实施创新驱动发展战略具有重要的理论与实践意义。本文依据长三角、珠三角和京津冀三大都市圈2005—2013年的数据,运用创新经济学的理论与方法,选择高新技术行业企业销售收入、研发支出、科研人员等创新要素,测算它们的集聚度,实证分析都市圈层面创新要素集聚对创新产出以及经济增长的影响,并比较分析三大都市圈的创新要素在分布现状、集聚程度以及集聚效应方面存在的差异。结果显示：(1)我国三大都市圈的创新要素总体上呈现空间集聚的特征,但相比较而言,长三角和珠三角都市圈的要素集聚程度较高,京津冀都市圈的要素集聚程度较低。(2)我国三大都市圈创新要素集聚都促进了创新产出的增加和区域经济增长,但创新要素的贡献度各不相同。长三角和珠三角都市圈要素集聚效应的发挥更多依靠研发支出、科研人员、知识溢出等创新要素,而京津冀都市圈的经济增长则更多依赖教育支出等创新要素。最后,本文在上述研究的基础上,根据三大都市圈创新要素集聚效应的不同特点,提出了相应的政策建议。