Deuterium adalah isotop dari unsur kimia hidrogen. Tidak seperti hidrogen normal, yang memiliki satu proton, deuterium memiliki satu proton dan satu neutron. Isotop ini non-radioaktif, dan ditemukan dalam jumlah kecil dimanapun hidrogen hadir. Ini terutama digunakan dalam fusi nuklir, sebagai moderator untuk reaktor fisi, dan dalam pencitraan resonansi magnetik nuklir.
Untuk sebagian besar, deuterium secara kimiawi identik dengan hidrogen biasa. Ini dapat menggantikan hidrogen dalam ikatan kimia, dan sebagian besar organisme dapat berhasil tumbuh pada deuterium tingkat tinggi. Deuterium oksida, yang disebut “air berat”, memang menunjukkan beberapa efek aneh karena massa ekstra isotop; itu lebih tebal dari air biasa, dan es batu berisi air berat akan tenggelam. Organisme yang mengkonsumsi sejumlah kecil air berat umumnya tidak terpengaruh, tetapi massa ekstra menyebabkan sedikit perubahan dalam sifat ikatannya, dan ini dapat mengganggu biokimia sel jika terlalu banyak air berat yang digunakan.
Deuterium diekstraksi dari air laut, di mana ia ditemukan pada konsentrasi sekitar 300 ppm. Ini sangat encer, sehingga proses ekstraksi memakan energi dan mahal; 1 pon (0.4 kilogram) dapat berharga ratusan dolar AS (USD). Karena massa atomnya, isotop adalah moderator neutron yang lebih baik daripada hidrogen biasa, dan deuterium oksida digunakan di beberapa reaktor fisi nuklir, seperti desain CANDU. Deuterium juga digunakan dalam pembuatan bom nuklir, dan selama Perang Dunia II, Sekutu mengebom pabrik deuterium utama Jerman untuk menghentikannya memperoleh senjata atom.
Sebagian besar reaksi fusi yang mudah dicapai menggunakan deuterium sebagai bahan, termasuk deuterium-tritium, fokus penelitian fusi buatan saat ini. Sebagian besar isotop yang tercipta di dalam bintang dengan cepat menyatu kembali, sehingga sebagian besar hidrogen di alam semesta tetap hidrogen, atau menyatu menjadi elemen yang lebih berat seperti helium dan karbon. Katai coklat, yang tidak pernah memiliki suhu inti yang cukup tinggi untuk menggabungkan hidrogen biasa, dapat tetap stabil selama beberapa juta tahun dengan menggabungkan deuteriumnya.