Schweres Wasser kann in einem Kernreaktor als Neutronenmoderator dienen, der schnelle Teilchen verlangsamt und die Spaltungsreaktion fördert. Neutronen in einer Spaltungsreaktion bewegen sich entweder schnell oder langsam. Die schnellen Neutronen neigen dazu, von bestimmten Isotopen des Urans absorbiert zu werden, anstatt die Spaltungsreaktion fortzusetzen, aber die größeren Deuteriumatome im schweren Wasser tragen dazu bei, diese schnellen Neutronen zu verlangsamen und sicherzustellen, dass sie die Kettenreaktion fortsetzen.
Schwere Wassermoleküle sind schwer, weil sie Deuterium enthalten. Normalerweise besteht der Kern eines Wasserstoffatoms aus einem einzelnen Proton, aber Deuterium ist ein Wasserstoffisotop, das sowohl ein Neutron als auch ein Proton enthält, was das Gewicht des Elements erheblich erhöht und seine atomaren Eigenschaften verändert.
Schwerwasserreaktoren bieten einige Vorteile gegenüber solchen, die normales oder leichtes Wasser als Neutronenmoderator verwenden. Schweres Wasser ermöglicht die Verwendung von natürlichem Uran als Brennstoff, während Leichtwasserreaktoren angereichertes Uran benötigen, das viel schwieriger herzustellen ist. Darüber hinaus können Schwerwasserreaktoren verwendet werden, um natürliches Uran im Rahmen des Spaltungsprozesses in waffenfähiges Material umzuwandeln, eine potenzielle Bedrohung für die Nichtverbreitung von Kernwaffen. Aus diesem Grund ist der Import und Export großer Mengen von Schwerwasser in vielen Ländern geregelt und der internationale Handel mit Schwerwasser auf dem Prüfstand.
