Deitērijam var būt atšķirīga izotopu kinētiskā iedarbība nekā ūdeņradim, un deitērija savienojumu fizikālās un ķīmiskās īpašības atšķiras no ūdenim līdzīgo elementu fizikālajām un ķimikāliju īpašībām. Piemēram, D2O (smagais ūdens) ir viskozāks un smagāks par H2O.

Smagais ūdens ir aptuveni par 10% blīvāks nekā parastais ūdens, kas ir pietiekami, lai smagā ūdens ledus nogrimtu parastā ūdenī.

Smagā ūdeņraža izotopu savienojumu saišu enerģiju un garumu atšķirības ir lielākas nekā jebkura cita elementa izotopu atšķirības. Saites starp deitēriju un tritiju ir spēcīgākas nekā ar parasto ūdenim, un šīs atšķirības var radīt būtiskas izmaiņas bioloģiskajās reakcijās.

Tādējādi smagais ūdens ir toksisks eikariotiskajiem organismiem. Ja 25% ķermeņa ūdens tiek aizstāti ar smago ūdeni, rodas problēmas ar šūnu dalīšanos un reprodukciju, bet ja tas notiek par 50%, tas izraisa nāvi.