Deutérium môže mať odlišné izotopové kinetické účinky ako vodík a fyzikálne a chemické vlastnosti zlúčenín deutéria sa líšia od vlastností zlúčenin vodíka. Napríklad D2O (ťažká voda) je viskóznejšia a ťažšia ako H2O.

Hustota ťažkej vody je približne o 10% vyššia ako hustota bežnej vody, čo je dosť na to, aby sa ľad z ťažkých vodných kryštálov ponoril do bežneje vody.

Rozdiely vo väzbových energiách a dĺžkach zlúčenín izotopov ťažkého vodíka sú väčšie ako izotopové rozdiely pre akýkoľvek iný prvok. Väzby medzi deutériumom a tríciom sú silnejšie než s normálnym vodíkom, tieto rozdieli sú dostatočné na to, aby spôsobili významné zmeny v biologických reakciách.

Ťažká voda je teda pre eukaryotické organizmy toxická. Pri nahradení 25 % vody v tele ťažkou vodou sa vyskytujú problémy s bunkovým delenie a reprodukciou, pričom pri nahradením 50 % spôsobuje smrť.