本发明公开了一种自然对流式高精度恒温箱，其特征是：设置恒温箱为一绝热的箱体，由处在箱体内腔上部的稳流板将箱体的内腔分隔为上部制冷腔和下部恒温腔；在箱体的顶部均匀分布各贯穿箱体顶部的半导体制冷模块，在构成半导体制冷模块的外散热片和内散冷片之间以夹持的形式紧贴半导体冷制片，内散冷片处在箱体的上部制冷腔中，外散热片处在箱体顶板上部，在外散热片的上方安装有散热风扇。本发明控温精度高、无振动、体积小、能耗低、成本低、移动方便，尤其适于微纳米测量领域中的应用。