Deuteriu este unul dintre cei trei izotopi ai hidrogenului. Fiecare atom de deuteriu conține un proton și un neutron. Cel mai frecvent izotop al hidrogenului este protiul, care are un proton și niciun neutron. Neutronul „în plus” face ca fiecare atom de deuteriu să fie mai greu decât un atom de protiu, deci deuteriu este cunoscut și ca hidrogen greu.
Deși deuteriu este un izotop, nu este radioactiv. Atât deuteriu cât și protiu sunt izotopi stabili ai hidrogenului. Apa obișnuită și apa grea fabricată cu deuteriu sunt la fel de stabile. Tritiul este radioactiv. Nu este întotdeauna ușor de a prezice dacă un izotop va fi stabil sau radioactiv. De cele mai multe ori, degradarea radioactivă apare atunci când există o diferență semnificativă între numărul de protoni și neutroni dintr-un nucleu atomic.