מים כבדים (D 2 O), המכונים גם תחמוצת deuterium, מים המורכבים מדאוטריום, איזוטופ המימן עם מסה כפול מזה של מימן רגיל, וחמצן. (למים רגילים יש קומפוזיציה המיוצגת על ידי H 2 O.) לפיכך, למים כבדים יש משקל מולקולרי של בערך 20 (סכום כפול מהמשקל האטומי של deuterium, שהוא 2, בתוספת המשקל האטומי של חמצן, שהוא 16) ואילו מים רגילים הם בעלי משקל מולקולרי של בערך 18 (כפול מהמשקל האטומי של מימן רגיל, שהוא 1 פלוס חמצן, שהוא 16).
מים רגילים, המתקבלים מרוב המקורות הטבעיים, מכילים אטום דויטריום אחד לכל 6,760 אטומי מימן רגילים. וכך המים הנותרים מועשרים בתכולת deuterium. אלקטרוליזה ממשיכה של מאות ליטר מים עד שנותרו רק מיליליטרים בודדים מניבה תחמוצת deuterium טהורה. פעולה זו, עד שנת 1943, השיטה היחידה בה נעשה שימוש בקנה מידה גדול, הוחלפה על ידי תהליכים פחות יקרים, כמו זיקוק שברירי (D 2 O מתרכז ברישא הנוזלים מכיוון שהוא פחות נדיף מ- H 2 O). המים הכבדים המיוצרים משמשים כמנחה של נויטרונים בתחנות כוח גרעיניות. במעבדה מים כבדים משמשים כמתח איזוטופי במחקרים של תהליכים כימיים וביוכימיים.
