El deuterio es un isótopo del elemento químico hidrógeno. A diferencia del hidrógeno normal, que tiene un protón, el deuterio tiene un protón y un neutrón. Este isótopo no es radiactivo y se encuentra en pequeñas cantidades dondequiera que haya hidrógeno. Se utiliza principalmente en la fusión nuclear, como moderador de reactores de fisión y en la formación de imágenes por resonancia magnética nuclear.
En su mayor parte, el deuterio es químicamente idéntico al hidrógeno regular. Puede sustituir al hidrógeno en los enlaces químicos y la mayoría de los organismos se pueden cultivar con éxito en altos niveles de deuterio. El óxido de deuterio, llamado «agua pesada», muestra algunos efectos extraños debido a la masa extra del isótopo; es más espesa que el agua normal y se hundirá un cubo de hielo de agua pesada. Los organismos que consumen pequeñas cantidades de agua pesada generalmente no se ven afectados, pero la masa extra provoca un ligero cambio en sus propiedades de unión, y esto puede alterar la bioquímica de una célula si se usa demasiada agua pesada.
El deuterio se extrae del agua de mar, donde se encuentra en una concentración de alrededor de 300 ppm. Está muy diluido, por lo que el proceso de extracción consume mucha energía y es caro; 1 libra (0.4 kilogramos) puede costar cientos de dólares estadounidenses (USD). Debido a su masa atómica, el isótopo es un mejor moderador de neutrones que el hidrógeno ordinario, y el óxido de deuterio se usa en algunos reactores de fisión nuclear, como el diseño CANDU. El deuterio también se usa para fabricar bombas nucleares, y durante la Segunda Guerra Mundial, los aliados bombardearon la principal planta de deuterio de Alemania para evitar que adquiera armas atómicas.
La mayoría de las reacciones de fusión fáciles de lograr utilizan deuterio como ingrediente, incluido el deuterio-tritio, el enfoque actual de la investigación de fusión artificial. La mayor parte del isótopo creado dentro de una estrella se fusiona rápidamente de nuevo, por lo que la gran mayoría del hidrógeno en el universo sigue siendo hidrógeno o se fusiona en elementos más pesados como helio y carbono. Las enanas marrones, que nunca tienen una temperatura central lo suficientemente alta como para fusionar el hidrógeno ordinario, pueden permanecer estables durante algunos millones de años fusionando su deuterio.