Tungt vatten (D2O), även kallat deuteriumoxid, vatten bestående av deuterium, väteisotopen med en massa som är dubbelt så stor som vanligt väte och syre . (Vanligt vatten har en sammansättning representerad av H2O.) Således har tungt vatten en molekylvikt av cirka 20 (summan av dubbelt så mycket atomvikt för deuterium, vilket är 2, plus atomvikt för syre, vilket är 16), medan vanligt vatten har en molekylvikt av cirka 18 (två gånger atomvikten för vanligt väte, vilket är 1, plus syre, vilket är 16).
Vanligt vatten som erhållits från de flesta naturliga källor innehåller cirka en deuteriumatom för varje 6 760 vanliga väteatomer. och restvattnet berikas sålunda med deuteriuminnehåll. Fortsatt elektrolys av hundratals liter vatten tills bara några milliliter återstår ger praktiskt taget ren deuteriumoxid. Denna operation, fram till 1943, den enda storskaliga metoden som använts, har ersatts av billigare förfaranden, såsom fraktionerad destillation (D2O koncentreras i vätskeresten eftersom den är mindre flyktig än H2O). Det tunga vattnet som produceras används som moderator för neutroner i kärnkraftverk. I laboratoriet används tungt vatten som isotopspårämne i studier av kemiska och biokemiska processer.