本发明涉及一种可正反向运行获得超高纯氙气的低温精馏系统与工艺，该低温精馏系统包括填充有精馏填料的低温精馏柱、以及分别连接在低温精馏柱的顶端和底端的冷凝器和再沸器，其特征在于，所述的低温精馏柱的中上部位置、中部位置以及中下部位置分别通过独立的原料氙进料管路连接原料氙进料口，所述的冷凝器分别连接除氪精馏废品氙出口和除氡精馏产品氙出口，所述的再沸器分别连接除氡精馏废品氙出口与除氪精馏产品氙出口。本发明所提供的低温精馏系统，可通过正向运行将商品氙气中的氪浓度降低到10‑14mol/mol，又可通过反向运行，将氙气中的氡浓度降低至1.1×10‑24mol/mol倍，以满足大型暗物质探测器对探测介质的纯度要求及某些特定需求。