Le ricerche effettuate utilizzando il deuterio e l'acqua pesante hanno mostrato che queste hanno effetti negativi sul sistema immunitario: una quantità maggiore di deuterio nell'organismo riduce il numero di leucociti nel sangue e indebolisce la capacità di risposta dell'organismo ai fattori perturbatori.

Gli esperimenti su topi hanno mostrato che un livello di concentrazione del deuterio del 25% nell'acqua del corpo causa la sterilità, poiché né i gameti né gli zigoti riescono più a svilupparsi. Le concentrazioni elevate di acqua pesante uccidono rapidamente i pesci, gli anfibi e gli insetti.

I mammiferi piccoli, come i topi, muoiono dopo circa una settimana in condizioni in cui bevono acqua pesante. La causa della morte è simile a quella dell'avvelenamento da citotossico (nel caso della chemioterapia) o nel caso del sindrome della radiazione acuta.