Těžká voda (D2O), nazývaná také oxid deuteria, voda složená z deuteria, izotop vodíku s dvojnásobnou hmotností než běžný vodík a kyslík . (Obyčejná voda má složení představované H2O.) Těžká voda má tedy molekulovou hmotnost asi 20 (součet dvojnásobku atomové hmotnosti deuteria, což je 2, plus atomové hmotnosti kyslíku, což je 16), zatímco obyčejná voda má molekulovou hmotnost asi 18 (dvojnásobek atomové hmotnosti běžného vodíku, což je 1 plus kyslík, což je 16).
Obyčejná voda získaná z většiny přírodních zdrojů obsahuje asi jeden atom deuteria na každých 6 760 běžných atomů vodíku. a zbytková voda je tak obohacena o obsah deuteria. Pokračující elektrolýza stovek litrů vody, dokud nezůstane jen několik mililitrů, poskytne prakticky čistý oxid deuteria. Tato operace, do roku 1943, jediná použitá metoda ve velkém měřítku, byla nahrazena méně nákladnými procesy, jako je frakční destilace (D2O se koncentruje v kapalném zbytku, protože je méně těkavý než H2O). Vyrobená těžká voda se používá jako moderátor neutronů v jaderných elektrárnách. V laboratoři se těžká voda používá jako izotopový indikátor ve studiích chemických a biochemických procesů.