本发明公开了一种聚变堆低氚滞留氢同位素分离装置，该装置包括：低温精馏系统、低温色谱分离系统、膜分离系统和氚储存系统，低温精馏系统、低温色谱分离系统和膜分离系统按照气体流动的方向顺序连接，氚储存系统与低温色谱分离系统的气体出口连接，用于储存分离之后的氚，低温精馏系统和低温色谱分离系统用于完成氢氚混合气体的两级分离及浓缩，膜分离系统用于分离混合气体中的He气。本发明公开的聚变堆低氚滞留氢同位素分离装置解决了大量氚滞留在分离系统中无法使用的问题，提高了氚的利用率和装置的固有安全性；本发明公开的氢同位素分离装置经济性、可靠性和资源利用率大幅提高，节约生产成本。