الماء الثقيل نوع من الماء تكون فيه ذرتا الهيدروجين مستبدلتين بذرتين من الديتريوم، وهو نظير أثقل للهيدروجين يحتوي في نواته على بروتون ونيوترون، مما يجعل كتلة جزيئه وكثافته أعلى من الماء العادي. يشترك الماء الثقيل مع الماء العادي في كثير من الخصائص الكيميائية، لكنه يختلف عنه في بعض الخواص الفيزيائية مثل درجة التجمد والغليان، ويستخدم في بعض المفاعلات النووية وسيطاً لتقليل طاقة النيوترونات ومبرداً يساعد على نقل الحرارة الناتجة عن التفاعل المتسلسل، كما ينتج بعمليات فصل وتبادل خاصة.