本发明提供了一种放射性废物处理装置，包括熔融炉和冷顶装置。所述熔融炉中设有炉膛，所述熔融炉上设有与所述炉膛相通的进料口、等离子体炬接口以及熔融炉烟气出口。所述冷顶装置包括烟气冷却管道和存储仓，所述存储仓和所述进料口连通，所述烟气冷却管道连通于所述熔融炉烟气出口和所述存储仓，所述烟气冷却管道用于冷却由等离子体焰流和位于所述炉膛内的放射性废料产生的烟气，以使所述烟气中的易挥发组分冷凝析出成灰分，所述存储仓内装有填料固化剂。本发明能够有效降低后端的烟气处理系统除灰装置和高效过滤器耗材的更换频率，并提供了一种模块化安装建设和应用方式。本发明还提供了一种采用所述放射性废物处理装置处理放射性废物的方法。