Döteryum, kimyasal element hidrojeninin bir izotopudur. Bir protona sahip olan normal hidrojenin aksine, döteryum bir protona ve bir nötrona sahiptir. Bu izotop radyoaktif değildir ve hidrojenin mevcut olduğu her yerde küçük miktarlarda bulunur. Öncelikle nükleer füzyonda, fisyon reaktörleri için moderatör olarak ve nükleer manyetik rezonans görüntülemede kullanılır.
Çoğunlukla, döteryum normal hidrojen ile kimyasal olarak aynıdır. Kimyasal bağlarda hidrojen yerine geçebilir ve çoğu organizma yüksek seviyede döteryumda başarıyla yetiştirilebilir. “Ağır su” olarak adlandırılan döteryum oksit, izotopun ekstra kütlesi nedeniyle bazı garip etkiler göstermektedir; normal sudan daha kalındır ve bir ağır su küpü batar. Küçük miktarlarda ağır su tüketen organizmalar genellikle etkilenmez, ancak ekstra kütle, bağlanma özelliklerinde hafif bir değişikliğe neden olur ve eğer çok fazla ağır su kullanılırsa, bu bir hücrenin biyokimyasını bozabilir.
Döteryum deniz suyundan ekstrakte edilir, burada 300 ppm civarında bir konsantrasyonda bulunur. Çok seyreltilmiştir ve bu yüzden ekstraksiyon işlemi enerji yoğun ve pahalıdır; 1 pound (0.4 kilogram), yüzlerce ABD Dolarına (USD) mal olabilir. Atom kütlesi nedeniyle, izotop normal hidrojenden daha iyi bir nötron moderatörüdür ve döteryum oksit CANDU tasarımı gibi bazı nükleer fisyon reaktörlerinde kullanılır. Deuterium ayrıca nükleer bomba yapımında da kullanılıyor ve İkinci Dünya Savaşı sırasında Müttefikler, atom silahlarını almasını engellemek için Almanya'nın ana döteryum tesisini bombaladı.
Ulaşılması kolay füzyon reaksiyonlarının çoğu, yapay füzyon araştırmalarının güncel odağı olan deuterium-trityum dahil bir bileşen olarak döteryum kullanır. Bir yıldızın içinde oluşturulan izotopların çoğu tekrar hızlı bir şekilde kaynaştırılır ve bu nedenle evrendeki hidrojenin büyük çoğunluğu ya hidrojen kalır ya da helyum ve karbon gibi daha ağır elementlere kaynaşır. Normal hidrojeni kaynatmak için yeterince yüksek bir çekirdek sıcaklığına sahip olmayan kahverengi cüceler, döteryumlarını kaynaştırarak birkaç milyon yıl boyunca stabil kalabilir.
