本发明公开了一种岩石基质扩散的实时动态监测装置。所述监测装置的结构如下：扩散动态监测系统包括若干样品桶、围压泵和温控装置，样品桶的两端开口配合半透膜；样品桶内用于盛放岩样粉末，岩样粉末内布置若干集气室，集气室的壁面和/或端面设有一个或多个集气室阀门作为进气端，为单向阀；集气室的出气端通过管路连接设于样品桶外的同位素测量仪；样品桶的气体入口端分别与上游常规气源和上游同位素气源连接，气体出口端分别与下游气源连接，连接的管路上设有下游调压及增压系统。本发明装置扩展性好，将上游同位素气源中的同位素甲烷气13CH4换成同位素二氧化碳13CO2，同位素测量仪增加多种气体组分分析功能，可以二氧化碳对甲烷的竞争吸附过程的实时动态监测。