本发明提供一种液氮冷冻天然气水合物样品的分解和燃烧装置及其方法，该分解和燃烧装置包括样品舱、平衡舱、出气装置、调节阀以及甲烷探测仪，所述样品舱与所述平衡舱连通，所述平衡舱的高度大于所述样品舱的高度；所述出气装置一端与所述样品舱连通，出气装置的另一端设置出气嘴；所述调节阀设置在所述出气装置上，并位于所述出气嘴下方；所述甲烷探测仪一端伸入所述样品舱中，并与所述样品舱连通，所述甲烷探测仪与所述样品舱之间设置有密封装置。本发明能够将保存在混有液氮的冷冻天然气水合物样品中的氮气和天然气水合物样品进行分离，且结构简单、操作简便、性能可靠。