本发明公开了一种覆压孔渗核素对流与弥散联测的实验系统及实验方法，实验系统主要分为贯穿扩散法实验模块和模拟地层法实验模块两部分。贯穿扩散法实验模块通过多通道微量蠕动泵驱动溶液在岩心两端形成液膜，模拟弥散情况，定期更换收集瓶，通过拟合收集瓶中核素浓度计算扩散系数与容量因子；模拟地层法实验模块通过真空泵对岩心进行抽真空饱和，测量饱和前后质量计算孔隙度，通过模拟地层温度与压力条件下驱动溶液至夹持器一端，在出口端测量出液量，进而得到渗透率数据，因此形成了完备的核素迁移规律实验测量与实验研究体系，为综合分析关键核素在地质环境中的迁移规律与特征提供实验数据支持；同时为高放处置库的核安全评级等因素提供参考。