Deuterium on kemiallisen alkuaineen vety isotooppi. Toisin kuin tavallinen vety, jossa on yksi protoni, deuteriumissa on yksi protoni ja yksi neutroni. Tämä isotooppi ei ole radioaktiivinen, ja sitä esiintyy pieninä määrinä kaikkialla, missä on vetyä. Sitä käytetään pääasiassa ydinfuusiossa, fissioreaktorien moderaattorina ja ydinmagneettisessa resonanssikuvauksessa.
Suurimmaksi osaksi deuterium on kemiallisesti identtinen tavallisen vedyn kanssa. Se voi korvata vedyn kemiallisissa sidoksissa, ja useimmat organismit voidaan kasvattaa menestyksekkäästi korkealla deuteriumpitoisuudella. Deuteriumoksidilla, nimeltään ”raskas vesi”, esiintyy kummallisia vaikutuksia isotoopin ylimääräisen massan vuoksi; se on paksumpaa kuin tavallinen vesi, ja raskaan veden jääpala uppoaa. Organismit, jotka kuluttavat pieniä määriä raskasta vettä, eivät yleensä vaikuta, mutta ylimääräinen massa muuttaa hiukan sen sidosominaisuuksia, ja tämä voi häiritä solun biokemiaa, jos käytetään liikaa raskasta vettä.
Deuterium uutetaan merivedestä, josta sitä löytyy noin 300 ppm. Se on erittäin laimeaa, joten uuttoprosessi on energiaintensiivinen ja kallis; Yksi punta (1 kiloa) voi maksaa satoja Yhdysvaltain dollareita (USD). Atomimassansa vuoksi isotooppi on parempi neutronien moderaattori kuin tavallinen vety, ja deuteriumoksidia käytetään joissakin ydinfissioreaktoreissa, kuten CANDU -mallissa. Deuteriumia käytetään myös ydinpommien valmistuksessa, ja toisen maailmansodan aikana liittolaiset pommittivat Saksan päädeuteriumlaitosta estääkseen sitä hankkimasta ydinaseita.
Suurin osa helposti saavutettavista fuusioreaktioista käyttää ainesosana deuteriumia, mukaan lukien deuterium-tritium, joka on keinotekoisen fuusiotutkimuksen nykyinen painopiste. Suurin osa tähden sisällä syntyneestä isotoopista sulautuu nopeasti uudelleen, joten valtaosa maailmankaikkeuden vedystä joko jää vetyksi tai sulautuu raskaampiin alkuaineisiin, kuten heliumiin ja hiileen. Ruskeat kääpiöt, joilla ei koskaan ole tarpeeksi korkea ydinlämpötila tavallisen vedyn sulattamiseen, voivat pysyä vakaina muutaman miljoonan vuoden ajan sulattamalla deuteriuminsa.