本发明涉及稀有气体同位素分离技术领域，尤其是涉及一种用于氦同位素分离的系统及方法。本发明的系统包括进样模块、载气及再循环模块、第一级分离模块、第二级分离模块和产品气储罐；沿氦同位素分离管路，依次为进样模块、第一级分离模块、第二级分离模块和产品气储罐；所述第一级分离模块的出口设置有第一丰度测量模块，所述第二级分离模块的出口设置有第二丰度测量模块；所述载气及再循环模块与进样模块和第二丰度测量模块相连接。本发明的系统能够实现同位素3He、4He的分离，以获取高丰度的同位素3He气体；具有结构简单、产品3He气体化学纯度及同位素丰度高、回收率高等特点，具有良好的经济效益。