本发明提供一种介质增强拉曼散射芯片及其制备方法与应用，所述介质增强拉曼散射芯片包括层叠设置的衬底和金属层；所述衬底和金属层之间还设置有周期性阵列的介质纳米结构；所述介质纳米结构的周期性阵列单元之间彼此独立。所述制备方法包括以下步骤：(1)在衬底表面制备周期性阵列的介质纳米结构，得到中间芯片；(2)在步骤(1)所得中间芯片的介质纳米结构一侧表面沉积金属层，得到介质增强拉曼散射芯片。本发明提供的介质增强拉曼散射芯片具有灵敏度高、检出信号均一性高等优点，易于实现批量化制备加工，在医药、环境、食品和安防等领域的痕量物质检测和监测方面具有广泛应用。