本发明公开了一种小型超低场核磁共振谱仪，包括样品流动模块，驱动液体样品在极化区和探测区间流动；超极化模块，对液体样品进行极化；探头与样品固定模块，固定探测区样品管和核磁探测模块；脉冲施加模块，向液体样品施加脉冲，将样品的核磁化矢量转到横向，进行样品自旋的自由演化；核磁探测模块，探测液体样品的自由演化自旋信号，并转化为电压信号；磁屏蔽模块，屏蔽地磁场以保证超低场环境；时序控制模块，控制各模块工作并采集电压信号。本发明通过各模块之间的组合，探测过程在磁屏蔽环境下进行，消除传统核磁共振频谱仪对强磁场的依赖，有效降低系统复杂性和造价成本；使得整体结构简单，体积小，便于移动，可适应各种环境下的核磁探测。