Deuterium staat ook bekend als zware waterstof, vanwege het hogere moleculaire gewicht. Uit de combinatie van deuterium met zuurstof ontstaat zwaar water (D2O), dat in grotere hoeveelheden negatieve biologische effecten heeft.
Zwaar water werd voor het eerst geproduceerd in 1932, een paar maanden na de ontdekking van deuterium.Met de ontdekkings van kernsplijting in 1938 en de behoefte aan een neutronenmoderator om neutronen op te vangen, werd zwaar water een belangrijk onderdeel van vroege kernenergieprogramma's.
Deuterium wordt ook gebruikt in de chemie, biochemie, milieuwetenschappen en hydrologie vanwege zijn reactieve eigenschappen en het verschil tussen deuterium en waterstof.