آب سنگین واژه‌ای است که معمولاً به اکسید هیدروژن سنگین، D2O یا 2H2O اطلاق می‌شود. هیدروژن سنگین یا دوتریوم (Deuterium) ایزوتوپی پایدار از هیدروژن است که به نسبت یک به 6400 از اتم‌های هیدروژن در طبیعت وجود دارد. خواص فیزیکی و شیمیایی آن به نوعی مشابه با آب سبک H2O است. آب سنگین آبی است که نسبت ایزوتوپ دوتریوم در آن از حد آب معمولی بیشتر است. در آب سنگین (با فرمول (D2O بر خلاف آب معمولی (با فرمول (H2O به جای هیدروژن ایزوتوپ هیدروژن دوتریم (بافرمول اتمی 2H با اکسیژن ترکیب شده‌است.با کمک این نوع از آب می‌توان پلوتونیوم لازم برای سلاح‌های اتمی را بدون نیاز به غنی سازی بالای اورانیوم تهیه کرد. از کاربردهای دیگر این آب می‌توان به استفاده از آن در رآکتورهای هسته‌ای با سوخت اورانیوم، به عنوان مهارگر (Moderator) به جای گرافیت و نیز عامل انتقال گرمی رآکتور نام برد. 

با کمک این نوع از آب می‌توان "پلوتونیوم" لازم برای سلاح‌های اتمی را بدون نیاز به غنی سازی بالای اورانیوم تهیه کرد. از کاربردهای دیگر این آب می‌توان به استفاده از آن در راکتورهای هسته‌ای با سوخت اورانیوم، به عنوان مهارگر (Moderator) به جای "گرافیت" و نیز عامل انتقال گرمی راکتور نام برد.