آب سنگین از جدا سازی نوعی از مولکول های آب با غلظت 1 در هر 7000 مولکول به دست می آید که هیدروژن آن یک نوترون بیشتر از هیدروژن عادی دارد.یعنی بجای دواتم هیدروژن درمولکول آب معمولی (H2O )، دواتم هیدروژن سنگین (دوتریم) وجود دارد(D2O).
آب سنگین یکی از مواد اصلی در راه اندازی راکتورهای تولید انرژی و تحقیقاتی موسوم به راکتورهای آب سنگین به شمار می رود. این ماده وظیفه خنک کردن میله های سوخت , همزمان با کند کردن نوترون های پر انرژی را به عهده دارد. نوترون اضافه دراین نوع آب موجب می شود تا عمل کند کنندگی نوترون های پر سرعت به اندازه ای برسد که واکنش های زنجیره ای تولید انرژی از میله های سوخت آغاز شود.
لازم به ذکر است که راکتورهای آب سنگین نیازی به اورانیوم غنی شده ندارند و از اکسید اورانیوم طبیعی به عنوان سوخت استفاده می کنند.