آب سنگین آبی است که هیدروژن های آن، دوتریوم (ایزوتوپ سنگین هیدروژن) است. این آب در مقایسه با آب معمولی دیرتر می جوشد و زودتر یخ می زند و گیلبرت لوییس نخستین بار نمونه آن را از آب سنگین خالص در سال 1933 به دست آورد.

هیدروژن طبیعی دارای دو ایزوتوپ است. ایزوتوپ هیدروژن سبک که تقریبا 98/99 درصد هیدروژن موجود را تشکیل می دهد و ایزوتوپ هیدروژن سنگین یا دوتریوم که مقدار آن 15درصد است.

ایزوتوپ دوتریوم برخلاف هیدروژن معمولی دارای یک نوترون است.آب معمولی از یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن تشکیل شده است.