El Deuterio puede tener efectos isótopicos cinéticos diferentes al Hidrógeno, y las propiedades físicas y químicas de los compuestos del Deuterio difieren de las de los compuestos del Hidrógeno. Por ejemplo, D2O (agua pesada) es más viscosa y más pesada que H2O (agua normal).

El agua pesada es aproximadamente 10% más densa que el agua normal, suficiente para que el hielo formado a partir del agua pesada se hunda en el agua normal.

Las diferencias en las energías de enlace y las longitudes de los compuestos isótopos del Hidrógeno pesado son mayores que las diferencias isótopicas para cualquier otro elemento. Las enlaces entre el Deuterio y el Tritiu son más fuertes que las con el Hidrógeno normal, estas diferencias son suficientes para producir cambios significativos en las reacciones biológicas.

De esta manera, el agua pesada es tóxica para los organismos eucariotas. Una sustitución del 25% del agua del organismo por agua pesada produce problemas de división celular y de reproducción, y una sustitución en proporción del 50% causa la muerte.