A água pesada pode servir como um moderador de nêutrons em um reator nuclear, o que desacelera as partículas rápidas e estimula a reação de fissão. Os nêutrons em uma reação de fissão viajam rápida ou lentamente. Os nêutrons rápidos tendem a ser absorvidos por certos isótopos de urânio em vez de continuar a reação de fissão, mas os átomos de deutério maiores na água pesada ajudam a desacelerar esses nêutrons rápidos, garantindo que continuem a reação em cadeia.
Moléculas de água pesadas são pesadas porque contêm deutério. Normalmente, o núcleo de um átomo de hidrogênio consiste em um único próton, mas o deutério é um isótopo do hidrogênio que contém um nêutron e um próton, aumentando enormemente o peso do elemento e alterando suas propriedades atômicas.
Os reatores de água pesada oferecem algumas vantagens sobre aqueles que usam água normal ou leve como moderador de nêutrons. A água pesada permite o uso de urânio natural como combustível, enquanto os reatores de água leve requerem urânio enriquecido, que é muito mais difícil de produzir. Além disso, os reatores de água pesada podem ser usados para converter o urânio natural em material adequado para armas como parte do processo de fissão, uma ameaça potencial à não proliferação nuclear. Por esta razão, a importação e exportação de grandes quantidades de água pesada são regulamentadas em muitos países, e o comércio internacional de água pesada está aberto ao escrutínio.
