天然中，重水与普通水看起来十分相像，是无臭无味的液体，它们的化学性质也一样，不过某些物理性质却不相同。普通水的密度为1克/厘米，而重水的密度为1.056克/厘米；普通水的沸点为100℃，重水的沸点为101.42℃；普通水的冰点为0℃，重水的冰点为 3.8℃。此外，普通水能够滋养生命，培育万物，而重水则不能使种子发芽。

重水是由氘和氧组成的化合物，相对分子质量20.0275，比水的相对分子质量18.0153高出约11%，因此叫做重水。

不过，重水的特殊价值体现于原子能技术应用中，在核反应堆中做“减速剂”，减小中子速度，控制核裂变过程，也是冷却剂。