Zwaar water (D2O), ook wel deuteriumoxide genoemd, water dat bestaat uit deuterium, de waterstofisotoop met een massa die twee keer zo zwaar is als die van gewone waterstof, en zuurstof . (Gewoon water heeft een samenstelling die wordt voorgesteld door H2O.) Zwaar water heeft dus een molecuulgewicht van ongeveer 20 (de som van tweemaal het atoomgewicht van deuterium, dat is 2, plus het atoomgewicht van zuurstof, dat is 16), terwijl gewoon water heeft een molecuulgewicht van ongeveer 18 (tweemaal het atoomgewicht van gewone waterstof, dat is 1, plus zuurstof, wat 16 is).
Gewoon water zoals verkregen uit de meeste natuurlijke bronnen bevat ongeveer één deuteriumatoom voor elke 6.760 gewone waterstofatomen. en het restwater wordt aldus verrijkt met deuteriumgehalte. Voortgezette elektrolyse van honderden liters water totdat er nog maar een paar milliliter over zijn, levert praktisch zuiver deuteriumoxide op. Deze operatie, tot 1943 de enige methode op grote schaal die werd gebruikt, is vervangen door goedkopere processen, zoals gefractioneerde destillatie (D2O wordt geconcentreerd in het vloeibare residu omdat het minder vluchtig is dan H2O). Het geproduceerde zwaar water wordt gebruikt als moderator van neutronen in kerncentrales. In het laboratorium wordt zwaar water gebruikt als isotopische tracer in studies van chemische en biochemische processen.