Деутеријум може имати различите изотопске кинетичке ефекте од водоника, а физичка и хемијска својства једињења деутеријума се разликују од својстава једиnjeња водоника. На пример, D2O (тешка вода) је вискозна и тежа од H2O.

Густина тешке воде је око 10% већа од густине нормалне воде, што је довољно да се лед који се формира у тешкој води потопи у нормалну воду.

Разлике у енергијама веза и дужинама једињења изотопа тешког водоника су веће од изотопских разлика било ког другог елемента. Везе између деутеријума и трицијума су јаче него са нормалним водоником, а ове разлике су довољно велике да изазову значајне промене у биолошким реакцијама.

На пример, тешка вода је токсична за еукариотске организме. Ако се 25% воде у телу замени тешком водом, долази до проблема са ћелијском делбом и репродукцијом, а ако се замени 50% воде, доводи до смрти.