本实用新型涉及核能安全和环境保护领域，尤其涉及一种海洋环境中多核素富集装置。一种海洋环境中多核素富集装置，包括箱体以及箱体远离海平面的一端安装有能够带动用于吸附核素的核素收集桶做基于海平面竖直向上或竖直向下运动的升降机构，箱体垂直海平面的两个相互平行的侧壁上分别安装送料直线模组和接料直线模组，其送料直线模组在做直线运动时，送料直线模组上安装的备用核素收集桶能够与升降机构上的核素收集桶刚性接触，从而使得升降机构上的核素收集桶能够随备用核素收集桶的移动而移动，实现核素收集桶与升降机构脱离，且脱离后能够与接料直线模组相配合，随接料直线模组的驱动而移动，从而实现了核素收集桶的自动更换。