Deuterium är en isotop av det kemiska grundämnet väte. Till skillnad från normalt väte, som har en proton, har deuterium en proton och en neutron. Denna isotop är icke-radioaktiv och finns i små mängder där väte är närvarande. Det används främst vid kärnfusion, som moderator för fissionsreaktorer och vid kärnmagnetisk resonanstomografi.
För det mesta är deuterium kemiskt identisk med vanligt väte. Det kan ersätta väte i kemiska bindningar, och de flesta organismer kan framgångsrikt odlas på höga nivåer av deuterium. Deuteriumoxid, som kallas ”tungt vatten”, visar några konstiga effekter på grund av isotopens extra massa; det är tjockare än vanligt vatten, och en isbit med tungt vatten kommer att sjunka. Organismer som konsumerar små mängder tungt vatten är i allmänhet opåverkade, men den extra massan orsakar en liten förändring i dess bindningsegenskaper, och detta kan störa biokemin i en cell om för mycket tungt vatten används.
Deuterium utvinns ur havsvatten, där det finns i en koncentration på cirka 300 ppm. Den är mycket utspädd, och därför är utvinningsprocessen energikrävande och dyr; 1 pund (0.4 kg) kan kosta hundratals amerikanska dollar (USD). På grund av sin atommassa är isotopen en bättre neutronmoderator än vanligt väte, och deuteriumoxid används i vissa kärnklyvningsreaktorer, såsom CANDU-designen. Deuterium används också för att göra kärnvapenbomber, och under andra världskriget bombade de allierade Tysklands främsta deuteriumfabrik för att hindra den från att skaffa atomvapen.
De flesta av de lättuppnådda fusionsreaktionerna använder deuterium som en ingrediens, inklusive deuterium-tritium, det nuvarande fokuset för forskning om konstgjord fusion. Det mesta av isotopen som skapas inuti en stjärna smälts snabbt samman igen, och därför förblir den stora majoriteten av vätet i universum antingen väte eller smälts samman till tyngre grundämnen som helium och kol. Bruna dvärgar, som aldrig har en tillräckligt hög kärntemperatur för att smälta samman vanligt väte, kan förbli stabila i några miljoner år genom att smälta samman sitt deuterium.