Изобретение относится к способу и устройству для обогащения тяжелых изотопов кислорода, в которых используется реакция фотохимического разложения озона под действием лазерного излучения. Способ включает первую стадию дистилляции, на которой подают кислород и озон в дистилляционную колонну, заполненную разбавляющим газом, стадию выпуска кислорода из верхней части дистилляционной колонны, стадию сбрасывания давления в дистилляционной колонне, стадию фоторазложения, на которой вводят газовую смесь, состоящую из озона и разбавляющего газа, из нижней части дистилляционной колонны в камеру фотохимической реакции, и облучают газовую смесь лазерным излучением, вторую стадию дистилляции, на которой возвращают неразложившийся озон и кислород в дистилляционную колонну, стадию сжижения кислорода, с использованием конденсатора, стадию экстрагирования неразложившегося озона из дистилляционной колонны, третью стадию дистилляции, на которой разделяют кислород и разбавляющий газ, и стадию выпуска наружу отделенного кислорода. Устройство содержит озонатор, дистилляционную колонну, камеру фотохимической реакции и устройство для разложения озона. Изобретение обеспечивает обогащение тяжелых изотопов кислорода с высокой стабильностью и безопасностью и позволяет сократить стоимость оборудования. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.