El deuterio es uno de los tres isótopos de hidrógeno. Cada átomo de deuterio contiene un protón y un neutrón. El isótopo más común del hidrógeno es el protio, que tiene un protón y no tiene neutrones. El neutrón "extra" hace que cada átomo de deuterio sea más pesado que un átomo de protio, por lo que el deuterio también se conoce como hidrógeno pesado.
Aunque el deuterio es un isótopo, no es radiactivo. Tanto el deuterio como el protio son isótopos estables de hidrógeno. El agua ordinaria y el agua pesada hecha con deuterio son igualmente estables. El tritio es radiactivo. No siempre es fácil predecir si un isótopo será estable o radiactivo. La mayoría de las veces, la desintegración radiactiva ocurre cuando hay una diferencia significativa entre el número de protones y neutrones en un núcleo atómico.