Apă grea (D2O), numită și oxid de deuteriu, apă compusă din deuteriu, izotopul de hidrogen cu o masă dublă față de hidrogenul obișnuit și oxigen . (Apa obișnuită are o compoziție reprezentată de H2O.) Astfel, apa grea are o greutate moleculară de aproximativ 20 (suma de două ori greutatea atomică a deuteriului, care este 2, plus greutatea atomică a oxigenului, care este 16), în timp ce apa obișnuită are o greutate moleculară de aproximativ 18 (de două ori greutatea atomică a hidrogenului obișnuit, care este 1, plus oxigenul, care este 16).
Apa obișnuită obținută din majoritatea surselor naturale conține aproximativ un atom de deuteriu pentru fiecare 6.760 de atomi de hidrogen obișnuiți. iar apa reziduală este astfel îmbogățită în conținut de deuteriu. Continuarea electrolizei a sute de litri de apă până când rămân doar câțiva mililitri produce practic oxid de deuteriu pur. Această operație, până în 1943, singura metodă pe scară largă utilizată, a fost înlocuită de procese mai puțin costisitoare, cum ar fi distilarea fracționată (D2O devine concentrat în reziduul lichid, deoarece este mai puțin volatil decât H2O). Apa grea produsă este utilizată ca moderator de neutroni în centralele nucleare. În laborator, apa grea este utilizată ca trasor izotopic în studiile proceselor chimice și biochimice.