ดิวเทอเรียมเป็นไอโซโทปของธาตุไฮโดรเจน ซึ่งแตกต่างจากไฮโดรเจนปกติซึ่งมีหนึ่งโปรตอนไฮโดรเจนมีหนึ่งโปรตอนและหนึ่งนิวตรอน ไอโซโทปนี้ไม่มีกัมมันตภาพรังสีและพบได้ในปริมาณเล็กน้อยไม่ว่าไฮโดรเจนจะอยู่ที่ใด ส่วนใหญ่จะใช้ในการหลอมนิวเคลียร์เป็นผู้ดำเนินการสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันและในการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กนิวเคลียร์
ส่วนใหญ่ดิวเทอเรียมนั้นมีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนกับไฮโดรเจนทั่วไป มันสามารถทดแทนไฮโดรเจนในพันธะเคมีและสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่สามารถเจริญเติบโตได้ดีในดิวเทอเรียมในระดับสูง ดิวเทอเรียมออกไซด์ที่เรียกว่า“ น้ำหนัก” แสดงผลแปลก ๆ บางอย่างเนื่องจากมวลไอโซโทปที่เพิ่มขึ้น มันหนากว่าน้ำธรรมดาและก้อนน้ำแข็งที่หนักจะจม สิ่งมีชีวิตที่ใช้น้ำปริมาณเล็กน้อยหนักโดยทั่วไปจะไม่ได้รับผลกระทบ แต่การมีมวลเพิ่มพิเศษทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในคุณสมบัติของการยึดเกาะและสิ่งนี้สามารถรบกวนชีวเคมีของเซลล์ถ้ามีการใช้น้ำหนักมาก
ดิวเทอเรียมนั้นสกัดจากน้ำทะเลซึ่งมีความเข้มข้นประมาณ 300 ppm มันเจือจางมากและกระบวนการสกัดนั้นใช้พลังงานสูงและมีราคาแพง 1 ปอนด์ (0.4 กิโลกรัม) สามารถมีค่าใช้จ่ายหลายร้อยดอลลาร์สหรัฐ (USD) ไอโซโทปนั้นเป็นตัวหน่วงนิวตรอนที่ดีกว่าไฮโดรเจนธรรมดาและมีการใช้ดิวเทอเรียมออกไซด์ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชันบางตัวเช่นการออกแบบ CANDU ดิวทีเรียมยังใช้ในการสร้างระเบิดนิวเคลียร์และในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองฝ่ายสัมพันธมิตรได้วางระเบิดพืชดิวทีเรียมหลักของเยอรมนีเพื่อหยุดยั้งการได้รับอาวุธปรมาณู
ปฏิกิริยาฟิวชั่นที่ง่ายต่อการบรรลุผลส่วนใหญ่ใช้ดิวเทอเรียมเป็นส่วนผสมซึ่งรวมถึงดิวเทอเรียม - ไอโซโทปซึ่งเป็นจุดสนใจในปัจจุบันของการวิจัยฟิวชั่นประดิษฐ์ ไอโซโทปส่วนใหญ่ที่สร้างขึ้นภายในดาวฤกษ์นั้นถูกหลอมรวมอย่างรวดเร็วอีกครั้งดังนั้นไฮโดรเจนส่วนใหญ่ในเอกภพยังคงเป็นไฮโดรเจนหรือถูกหลอมรวมเข้ากับองค์ประกอบที่หนักกว่าเช่นฮีเลียมและคาร์บอน ดาวแคระน้ำตาลที่ไม่เคยมีอุณหภูมิแกนกลางสูงพอที่จะหลอมรวมไฮโดรเจนธรรมดาสามารถคงตัวได้ไม่กี่ล้านปีโดยการหลอมรวมดิวทีเรียม
