Los estudios realizados utilizando el deuterio y el agua pesada han mostrado que estos tienen efectos negativos sobre el sistema inmunológico: una cantidad mayor de deuterio en el organismo reduce el número de leucocitos en la sangre y debilita la capacidad de respuesta del organismo a factores perturbadores.

Experimentos en ratones han mostrado que un grado de concentración del deuterio del 25% en el agua del cuerpo causa esterilidad, ya que ni los gametos ni los zigotos pueden desarrollarse. Concentraciones altas de agua pesada matan rápidamente a los peces, anfibios y insectos.

Los mamíferos pequeños, como por ejemplo los ratones, mueren después de aproximadamente una semana en condiciones en las que beben agua pesada. La causa de la muerte es similar a la de la intoxicación citotóxica (en el caso de la quimioterapia) o el síndrome de radiación aguda.