Le deutérium (symbole ²H ou D) est un isotope naturel de l'hydrogène. Il possède 1 proton et 1 neutron. Son nombre de masse est donc 2.

On le trouve dans la nature à raison de 0,015% par rapport à l'hydrogène "normal" ; par exemple dans l'eau de mer, sous forme DHO ou D2O, appelée « eau lourde ».

Par conséquent, on a un atome de deutérium pour environ 6667 atomes d'hydrogène ; soit un gramme de deutérium (~1/4 mol. de D2) pour environ 3334 grammes d'hydrogène (~1667 mol. de H2).

Dans 1m³ d'eau de mer on trouvera environ 16 g de deutérium, soit un potentiel de 4 moles de D2.

Calcul : (965/18)/3334 = 0,01608 kg. Remarque : la part de l'eau (solvant), dans l'eau de mer (solution), est de : 965 g/L. La concentration en sels est de : 35 g/L, en moyenne. Soit une salinité (moyenne) de 35 pour 1000 : 3,5%.

Aux températures ordinaires, le deutérium est un gaz (HD ou D2). Il est très rare et difficile à exploiter.

Le deutérium fut découvert en 1931 par Harold Clayton Urey, un chimiste de l'Université de Columbia, qui reçut pour cela le prix Nobel de chimie en 1934.

L'eau lourde peut être concentrée par l'homme. Elle sert principalement dans les réacteurs nucléaires de type Canadien (réacteurs type « Candu »), dans lesquels elle est utilisée comme modérateur des neutrons.

Le deutérium est et sera également utilisé dans les futurs réacteurs à fusion nucléaire contrôlée, car il représente un des deux principaux éléments du combustible de la fusion, l'autre étant le tritium.