一种对细胞施加力学刺激的细胞培养装置，包括一上端面盖有盖的杯形培养皿，杯形培养皿底面上设小孔；一位于杯形培养皿下端的真空室，真空室下端面是一透明盖玻片；小孔上端面或与小孔对应的真空室顶面装有生物相容性弹性膜；一与真空室相连并对真空室抽真空的抽真空装置；透明盖玻片上表面涂有润滑剂。在抽真空装置对真空室抽真空时，弹性膜会被压向并紧贴真空室内的盖玻片，并在盖玻片的上表面的二维平面内被拉伸。通过设置在所述真空室下方的显微镜可以实时观测细胞的分子水平动态变化，控制弹性膜和真空室横截面形状和大小可以产生不同类型的力学刺激，更好地模拟体内复杂的力学环境。