本发明属于材料制备领域，特别是一种翻转式制备三维原子探针样品的方法。包括具体如下步骤：标记平面块状样品的感兴趣区域；在平面块状材料上表面，垂直于感兴趣区域方向沉积一层长方形Pt层；提取类四棱柱长条样品：采用原位纳米操纵杆进行提取；翻转类四棱柱长条样品：将步骤3提取的类四棱柱长条样品转移至转动针尖上，采用外置的转动装置将针尖翻转，然后再将翻转后的类四棱柱长条样品转移至原位操作纳米操纵杆上；成形针尖样品。本申请通过将类四棱柱长条样品翻转180°后成尖，实现对多层结构材料和感兴趣区域距离表面较深的材料的针尖制备，所制备的针尖样品利于在三维原子探针设备中正常收集。