Deuterium ist ein Isotop des chemischen Elements Wasserstoff. Im Gegensatz zu normalem Wasserstoff, der ein Proton hat, hat Deuterium ein Proton und ein Neutron. Dieses Isotop ist nicht radioaktiv und kommt in geringen Mengen überall dort vor, wo Wasserstoff vorhanden ist. Es wird hauptsächlich in der Kernfusion, als Moderator für Kernspaltungsreaktoren und in der Kernspintomographie eingesetzt.
Deuterium ist zum größten Teil chemisch identisch mit normalem Wasserstoff. Es kann Wasserstoff in chemischen Bindungen ersetzen, und die meisten Organismen können erfolgreich auf hohem Deuteriumgehalt gezüchtet werden. Deuteriumoxid, das „schweres Wasser“ genannt wird, zeigt aufgrund der zusätzlichen Masse des Isotops einige seltsame Effekte; es ist dicker als normales Wasser und ein Eiswürfel aus schwerem Wasser sinkt. Organismen, die geringe Mengen schweres Wasser verbrauchen, sind im Allgemeinen nicht betroffen, aber die zusätzliche Masse verursacht eine geringfügige Veränderung ihrer Bindungseigenschaften, was die Biochemie einer Zelle stören kann, wenn zu viel schweres Wasser verwendet wird.
Deuterium wird aus Meerwasser gewonnen, wo es in einer Konzentration von etwa 300 ppm vorkommt. Es ist sehr verdünnt, daher ist der Extraktionsprozess energieintensiv und teuer; 1 Pfund (0.4 Kilogramm) kann Hunderte von US-Dollar (USD) kosten. Aufgrund seiner Atommasse ist das Isotop ein besserer Neutronenmoderator als gewöhnlicher Wasserstoff, und Deuteriumoxid wird in einigen Kernspaltungsreaktoren wie dem CANDU-Design verwendet. Deuterium wird auch bei der Herstellung von Atombomben verwendet, und während des Zweiten Weltkriegs bombardierten die Alliierten Deutschlands wichtigste Deuteriumanlage, um den Erwerb von Atomwaffen zu verhindern.
Die meisten der einfach zu erreichenden Fusionsreaktionen verwenden Deuterium als Zutat, einschließlich Deuterium-Tritium, dem aktuellen Schwerpunkt der künstlichen Fusionsforschung. Der größte Teil des im Inneren eines Sterns erzeugten Isotops wird schnell wieder verschmolzen, und so bleibt der überwiegende Teil des Wasserstoffs im Universum entweder Wasserstoff oder wird zu schwereren Elementen wie Helium und Kohlenstoff verschmolzen. Braune Zwerge, deren Kerntemperatur nie hoch genug ist, um gewöhnlichen Wasserstoff zu fusionieren, können durch die Fusion ihres Deuteriums einige Millionen Jahre stabil bleiben.