Deuterium kan have forskellige isotopkinetiske virkninger end brint, og de fysiske og kemiske egenskaber af deuteriumforbindelser adskiller sig fra brintforbindelsenes. For eksempel er D2O (tungt vand) mere viskøs og tungere end H2 (normalt vand).

Tungt vand er omkring 10% tungere end almindeligt vand, nok til at is dannet af tungt vand vil synke ned i almindelig vand.

Forskellene i bindingsenergi og længde af forbindelser mellem tunge brintisotoper er større end forskellene mellem isotoperne for noget andet grundstof. Bindingerne mellem deuterium og tritium er stærkere end med almindelig brint, og disse forskelle er tilstrækkelige til at frembringe betydelige ændringer i biologiske reaktioner.

Således er tungt vand giftigt for eukaryote organismer. Ved en udskiftning af 25% af vandet i kroppen med tungtvand opstår der problemer med celledeling og reproduktion, og ved en erstatning på 50% forårsager det døden.