针对我国空间站中空间材料科学实验中弱信号检测精度需求，通过对热电偶输出信号特点的研究，提出了一种弱信号检测系统方案，解决了强电磁干扰问题。通过针对强噪声干扰下的弱信号，设计了相应的多路多级放大电路，并对低噪声前置放大器进行分档设计；同时通过单点并联接地及抗干扰设计抑制噪声干扰。在软件设计上通过一阶数字滤波及数字式平均对数据进行进一步的处理。实验结果表明，原理样机在精确度与准确度上均可达到1.5 μV以内，满足方案设计中2.5 μV的需求，在抗干扰方面性能良好。