Дейтерий может иметь другие кинетические изотопные эффекты, чем водород, а физические и химические свойства соединений дейтерия отличаются от соединения водорода. Например, D2O (тяжелая вода) является более вязкой и тяжелой, чем H2 (обычная вода).

Тяжелая вода примерно на 10% плотнее обычной воды, что достаточно для того, чтобы лёд, образовавшийся в результате сжатия тяжелой воды в обычную воду, погрузился в неё.

Различия в энергиях связей и длинах изотопных соединений тяжелого водорода больше, чем изотопные различия любого другого элемента. Связи между дейтерием и тритием сильнее, чем с обычным водородом, и этих различий достаточно для того, чтобы вызвать значительные изменения в биологических реакциях.

Таким образом, тяжелая вода является токсичной для эукариотических организмов. При замене 25% воды в организме тяжелой водой возникают проблемы с клеточным делением и воспроизводством, а замена на 50% приводит к смерти.