Deuteriul este un izotop al elementului chimic hidrogen. Spre deosebire de hidrogenul normal, care are un proton, deuteriul are un proton și un neutron. Acest izotop este neradioactiv și se găsește în cantități mici oriunde este prezent hidrogen. Este folosit în principal în fuziunea nucleară, ca moderator pentru reactoarele de fisiune și în imagistica prin rezonanță magnetică nucleară.
În cea mai mare parte, deuteriul este chimic identic cu hidrogenul obișnuit. Poate înlocui hidrogenul în legăturile chimice și majoritatea organismelor pot fi cultivate cu succes la niveluri ridicate de deuteriu. Oxidul de deuteriu, numit „apă grea”, prezintă unele efecte ciudate din cauza masei suplimentare a izotopului; este mai groasă decât apa obișnuită și un cub de gheață de apă grea se va scufunda. Organismele care consumă cantități mici de apă grea sunt în general neafectate, dar masa suplimentară provoacă o ușoară modificare a proprietăților sale de legare, iar acest lucru poate perturba biochimia unei celule dacă se folosește prea multă apă grea.
Deuteriul este extras din apa de mare, unde se găsește la o concentrație de aproximativ 300 ppm. Este foarte diluat, astfel încât procesul de extracție este consumator de energie și costisitor; 1 liră (0.4 kilograme) poate costa sute de dolari SUA (USD). Datorită masei sale atomice, izotopul este un moderator de neutroni mai bun decât hidrogenul obișnuit, iar oxidul de deuteriu este utilizat în unele reactoare de fisiune nucleară, cum ar fi proiectarea CANDU. Deuteriul este, de asemenea, folosit la fabricarea bombelor nucleare, iar în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, Aliații au bombardat principala fabrică de deuteriu a Germaniei pentru a o împiedica să dobândească arme atomice.
Cele mai multe dintre reacțiile de fuziune ușor de realizat folosesc ca ingredient deuteriu, inclusiv deuteriu-tritiu, accent curent al cercetării fuziunii artificiale. Cea mai mare parte a izotopului creat în interiorul unei stele se topește rapid din nou și astfel marea majoritate a hidrogenului din univers fie rămâne hidrogen, fie este fuzionat în elemente mai grele, cum ar fi heliul și carbonul. Piticile brune, care nu au niciodată o temperatură centrală suficient de mare pentru a fuziona hidrogenul obișnuit, pot rămâne stabile câteva milioane de ani prin topirea deuteriului lor.