Deuteru może mieć różne efekty izotopowe kinetyczne niż wodór, a właściwości fizyczne i chemiczne związków deuteru różnią się od właściwości związków wodoru. Na przykład, D2O (woda ciężka) jest bardziej lepką i cięższa niż H2O (woda normalna).

Woda ciężka jest około 10% gęstsza niż woda normalna, wystarczająco, aby lod z wody ciężkiej mógł się zanurzyć w wodzie normalnej.

Różnice w energiach wiązań i długości związków izotopów wodoru ciężkiego są większe niż różnice izotopowe dla dowolnego innego elementu. Wiązania między deuterem a tritium są mocniejsze niż te z wodoru normalnego, te różnice są wystarczające, aby wywołać znaczące zmiany w reakcjach biologicznych.

W ten sposób, woda ciężka jest toksyczna dla organizmów eukariotycznych. W przypadku zastąpienia 25% wody w organizmie wodą ciężką pojawiają się problemy z podziałem komórkowym i reprodukcją, a zastąpienie w proporcji 50% prowadzi do śmierci.