本发明提供一种微泡器内溶氢反应器及其应用方法，微泡器内溶氢反应器，包括原料油入口、分布器和反应器床层。反应器床层包括催化剂床层、氢气进料口和设置于催化剂床层中的微孔溶氢管束，微孔溶氢管束包括进口和出口，进口与氢气进料口相连接，出口与分配盘相连接，反应器床层为一层时，微孔溶氢管束的出口与分配盘相连通；反应器床层为两层及以上时，各反应器床层层叠设置，上一层反应器床层的微孔溶氢管束的出口与下一层反应器床层的微孔溶氢管束的进口相连通，最后一层反应器床层的微孔溶氢管束的出口与该层的分配盘相连通。本发明可适用于较高氢耗的原料，可利用已有液相或传统加氢反应器改造，适用范围广。