El agua pesada puede servir como moderador de neutrones en un reactor nuclear, lo que ralentiza las partículas rápidas y estimula la reacción de fisión. Los neutrones en una reacción de fisión viajan rápido o lentamente. Los neutrones rápidos tienden a ser absorbidos por ciertos isótopos del uranio en lugar de continuar con la reacción de fisión, pero los átomos de deuterio más grandes en el agua pesada ayudan a reducir la velocidad de estos neutrones, asegurando que continúan la reacción en cadena.
Las moléculas de agua pesada son pesadas porque contienen deuterio. Por lo general, el núcleo de un átomo de hidrógeno consiste en un solo protón, pero el deuterio es un isótopo del hidrógeno que contiene un neutrón y un protón, lo que aumenta considerablemente el peso del elemento y altera sus propiedades atómicas.
Los reactores de agua pesada ofrecen algunas ventajas sobre los que usan agua normal o ligera como moderador de neutrones. El agua pesada permite el uso de uranio natural como combustible, mientras que los reactores de agua ligera requieren uranio enriquecido, que es mucho más difícil de producir. Además, los reactores de agua pesada se pueden usar para convertir uranio natural en material apto para armas como parte del proceso de fisión, una amenaza potencial para la no proliferación nuclear. Por este motivo, la importación y exportación de grandes cantidades de agua pesada está regulada en muchos países, y el comercio internacional de agua pesada está abierto al escrutinio.
