Deuterij je izotop kemijskog elementa vodika. Za razliku od normalnog vodika, koji ima jedan proton, deuterij ima jedan proton i jedan neutron. Ovaj izotop nije radioaktivan i nalazi se u malim količinama gdje god je prisutan vodik. Prvenstveno se koristi u nuklearnoj fuziji, kao moderator za fisijske reaktore i u nuklearnoj magnetskoj rezonanciji.
Većinom je deuterij kemijski identičan običnom vodiku. Može zamijeniti vodik u kemijskim vezama, a većina organizama može se uspješno uzgajati na visokim razinama deuterija. Deuterijev oksid, nazvan “teška voda”, pokazuje neke čudne učinke zbog dodatne mase izotopa; gušća je od obične vode, a kockica leda teške vode će potonuti. Organizmi koji konzumiraju male količine teške vode općenito nisu pogođeni, ali dodatna masa uzrokuje blagu promjenu u svojstvima vezivanja, a to može poremetiti biokemiju stanice ako se koristi previše teške vode.
Deuterij se ekstrahira iz morske vode, gdje se nalazi u koncentraciji od oko 300 ppm. Vrlo je razrijeđen, pa je proces ekstrakcije energetski intenzivan i skup; 1 funta (0.4 kilograma) može koštati stotine američkih dolara (USD). Zbog svoje atomske mase, izotop je bolji moderator neutrona od običnog vodika, a deuterijev oksid se koristi u nekim nuklearnim fisijskim reaktorima, kao što je CANDU dizajn. Deuterij se također koristi u izradi nuklearnih bombi, a tijekom Drugog svjetskog rata saveznici su bombardirali glavnu njemačku tvornicu deuterija kako bi je spriječili da nabavi atomsko oružje.
Većina lako ostvarivih fuzijskih reakcija koristi deuterij kao sastojak, uključujući deuterij-tricij, trenutni fokus istraživanja umjetne fuzije. Većina izotopa stvorenog unutar zvijezde brzo se ponovno spaja, tako da velika većina vodika u svemiru ili ostaje vodik, ili se spaja u teže elemente kao što su helij i ugljik. Smeđi patuljci, koji nikada nemaju dovoljno visoku temperaturu jezgre da spoje obični vodik, mogu ostati stabilni nekoliko milijuna godina spajanjem deuterija.