本发明公开了一种天然气水合物沉积物真三轴试验装置，包括设有横梁和底座的主机框架、加载系统、天然气水合物合成系统、压力控制系统、同步数据采集与处理系统以及温度控制系统，该装置能够原位生成天然气水合物沉积物试样，并且在模拟高压低温状态下进行可视化物理力学实验，对海底天然气沉积物的应力、变形进行测量，从而得到强度、变形模量等力学性质及天然气水合物电阻率，主要解决了现有的三轴仪存在的未能控制其温度压力参数或是无法实现真三轴加压状态等问题。