Deuterium, stabiles, nichtradioaktives Isotop des Wasserstoffes mit einer Atommasse von 2,014 u; das Symbol für Deuterium ist D oder ²H. Das Isotop wird allgemein auch als Schwerer Wasserstoff bezeichnet, weil seine Atommasse annähernd doppelt so groß ist wie die des gewöhnlichen Wasserstoffes. Der Deuteriumkern besteht aus einem Proton und einem Neutron. Das natürlich vorkommende Isotop ist zu rund 0,02 Prozent in gewöhnlichem Wasserstoff enthalten. Die chemischen Eigenschaften von Deuterium und Wasserstoff sind weitgehend identisch. Der Siedepunkt von Deuterium liegt bei -249,49 °C, also um drei Grad höher als der von Wasserstoff. So genanntes Schweres Wasser (Deuteriumoxid, D₂O) siedet bei 101,42 °C, während der Siedepunkt von natürlichem Wasser etwa 100 °C beträgt. Deuteriumoxid gefriert bei 3,81 °C, natürliches Wasser bei 0 °C. Die Dichte liegt bei Raumtemperatur um 10,79 Prozent höher als die Dichte des natürlichen Wassers.

Deuterium wurde 1932 von dem amerikanischen Chemiker Harold Urey und seinen Mitarbeitern anhand des Wasserstoffspektrums entdeckt. Es war das erste Isotop, das man in einer reinen Form von einem Element trennen konnte. Gasförmiges Deuterium lässt sich z. B. durch Umsetzung von reinem Deuteriumoxid mit Natrium, durch Reaktion von D₂O mit glühendem Eisen oder durch elektrolytische Zersetzung von D₂O gewinnen.

In der physikalischen Forschung arbeitet man mit Deuteriumkernen, den so genannten Deuteronen, weil sie sich beispielsweise in Teilchenbeschleunigern einfach beschleunigen und als „Atomgeschosse” zur Umwandlung von Elementen einsetzen lassen – u. a. in der Elementarteilchen- und Hochenergiephysik. In der Biologie hat Deuterium z. B. bei der Erforschung des Stoffwechsels eine wichtige Funktion als Isotopentracer (siehe Physiologie).

In Form von Schwerem Wasser dient Deuterium als so genannter Moderator (Bremssubstanz) für Neutronen in Kernreaktoren (siehe Kernenergie). Deuterium nutzt man außerdem als Ausgangsverbindung bei der Gewinnung von thermonuklearer Energie durch Kernfusion.