Tungt vann (D2O), også kalt deuteriumoksid, vann sammensatt av deuterium, hydrogenisotopen med en masse som er dobbelt så stor som vanlig hydrogen og oksygen . (Vanlig vann har en sammensetning som er representert av H2O.) Tungt vann har således en molekylvekt på ca. 20 (summen av det dobbelte av atomvekten til deuterium, som er 2, pluss atomvekten til oksygen, som er 16), mens vanlig vann har en molekylvekt på ca. 18 (to ganger atomvekten til vanlig hydrogen, som er 1, pluss oksygen, som er 16).
Vanlig vann som oppnådd fra de fleste naturlige kilder inneholder omtrent ett deuteriumatom for hver 6.760 vanlige hydrogenatomer. og restvannet blir således anriket med deuteriuminnhold. Fortsatt elektrolyse av hundrevis av liter vann til bare noen få milliliter er igjen gir praktisk talt rent deuteriumoksid. Denne operasjonen, frem til 1943, den eneste storskala metoden som ble brukt, er blitt erstattet av billigere prosesser, for eksempel fraksjonell destillasjon (D2O blir konsentrert i væskeresten fordi den er mindre flyktig enn H2O). Det produserte tungtvannet brukes som moderator for nøytroner i kjernekraftverk. I laboratoriet brukes tungt vann som en isotopisk sporstoff i studier av kjemiske og biokjemiske prosesser.