一种微结构核磁共振陀螺仪，属于原子传感器领域。为了解决现有的核磁共振陀螺仪测量范围小、体积大不适用微结构惯导系统问题。所述陀螺仪包括微结构原子气室和核磁共振陀螺仪功能外壳；所述核磁共振陀螺仪功能外壳内的前侧和后侧分别设置有第一光源和第一光电探测器，所述核磁共振陀螺仪功能外壳内的左侧和右侧分别设置有第二光源和第二光电探测器，第一光源和第一光电探测器、第二光源和第二光电探测器形成的光路在前后与左右两个方向成正交结构，所述微结构原子气室位于核磁共振陀螺仪功能外壳的底部中心位置，且所述中心位置为所述正交结构的交点处。本发明用于惯性导航定位系统中。