Težka voda je običajen izraz za vodo, ki vključuje devterijev izotop vodika, 2H2O ali D2O. Izraz se lahko nanaša na vodo, ki vsebuje kakršno koli količino devterija, vendar se pogosto nanaša na vodo, ki je bila obogatena tako, da vsebuje 100 %.
Deuterij v težki vodi je skoraj enak običajnemu vodiku, ki je znan tudi kot protij, le da vsebuje dodaten nevtron. Torej atom devterija vsebuje en nevtron, en proton in en elektron. Dodaten nevtron atomu doda majhno količino teže, približno 10 % celotne teže, zaradi česar je težek.
Ta vrsta vode je najbolj znana po svoji vlogi pri uravnavanju procesov jedrskih reaktorjev, ki ne uporabljajo obogatenega urana. Ko se jedrski reaktorji lotijo cepitve, sproščajo nevtrone. Ti nevtroni se premikajo neverjetno hitro. Za bolj nadzorovano verižno reakcijo z neobogatenim uranom je treba nevtrone upočasniti. Za to se uporablja nekakšen regulator. Berilij, grafit in normalna voda se uporabljajo kot regulatorji in vsi imajo svoje prednosti in omejitve. Težka voda je še en regulator, z dodanimi nevtroni, zaradi česar je bolj stabilen za uravnavanje nevtronov, ki prehajajo skozenj.
V naravi se devterij pojavi enkrat na približno vsakih 4000-7000 normalnih atomov vodika. To pomeni, da je približno ena od dvajsetih milijonov molekul vode molekule težke vode. Ta material v resnici ni ustvarjen kot tak, ampak je izpopolnjen. Običajna voda se črpa iz velikih rezervoarjev, majhna količina težke vode pa se črpa iz lažje vode. Težko vodo kopičijo različni narodi in korporacije, in ker se v resnici ne porabi kot jedrski regulator, te zaloge sčasoma rastejo.
Obstaja še težji izotop vodika, imenovan tritij, vendar se ne uporablja za težko vodo v jedrskih reaktorjih. Tritij je radioaktiven in se v naravi zelo redko pojavlja, namesto tega se najpogosteje pojavlja kot stranski produkt jedrskih dogodkov. Sama voda na srečo ni radioaktivna, je pa rahlo strupena za ljudi. Čeprav je večinoma enaka običajni vodi, njena povečana teža vpliva na hitrost nekaterih pomembnih kemičnih reakcij, vključno z delitvijo celic. Stopnja, pri kateri težka voda postane strupena, se lahko giblje od približno 10 % do 50 % celotne vode v telesu, odvisno od številnih dejavnikov. V naravi pa te ravni nikoli ne bodo dosežene, zato zastrupitev ni prava skrb.
Zaradi svoje osrednje vloge pri uravnavanju procesa cepitve reaktorjev za razmnoževanje, ki se lahko uporabljajo za proizvodnjo orožnega plutonija, je ta snov strogo urejena. Mednarodna skupnost pozorno spremlja države, ki proizvajajo ali nabavljajo velike količine tega orožja, saj je to lahko znak, da se država pomika k ustvarjanju jedrskega orožja.