Исследования, проведенные с использованием дейтерия и тяжелой воды, показали, что они оказывают негативное воздействие на иммунную систему: повышенное количество дейтерията в организме уменьшает число лейкоцитов в крови и ослабляет способность организма реагировать на раздражающие факторы.

Эксперименты на грызунах показали, что концентрация дейтерия в воде тела до 25% вызывает бесплодие, поскольку ни гаметы, ни зиготы не могут развиваться. Высокие концентрации тяжелой воды быстро убивают рыб, земноводных и насекомых.

Мелкие млекопитающие, такие как грызуны, умирают примерно через неделю после употребления тяжелой воды. Причина смерти аналогична цитотоксическому отравлению (в случае химиотерапии) или синдрому острой радиации.