Deuteriumilla voi olla erilaisia kineettisiä isotooppivaikutuksia kuin vedyllä, ja deuteriumyhdisteiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet poikkeavat vetyyhdisteistä. Esimerkiksi D2O (raskas vesi) on viskoosempi ja raskaampi kuin H2O.

Raskas vesi on noin 10 prosenttia tavallista vettä tiheämpää, mikä riittää siihen, että raskaasta vedestä muodostunut jää uppoaa normaaliin veteen.

Raskaan vedyn isotooppiyhdisteiden väliset erot sidosenergiassa ja pituudessa ovat suurempia kuin minkään muun alkuaineen välillä. Deuteriumin ja tritiumin väliset sidokset ovat voimakkaammat kuin normaalin vedyn kanssa, ja nämä erot riittävät aiheuttamaan merkittäviä muutoksia biologisissa reaktioissa.

Näin ollen raskas vesi on myrkyllistä eukaryooteille. Jos 25 % kehossa olevasta vedestä korvataan raskaalla vedellä, syntyy ongelmia solujen jakautumisessa ja lisääntymisessä, ja jos vettä korvataa 50 %, se aiheuttaa kuoleman.