Тяжелая вода от обычной отличается химическим строением молекулы. Молекула обычной или «протиевой» воды является соединением 2-х атомов водорода и 1-ого атома кислорода (Н2О), молекула тяжелой или «дейтериевой» воды (D2O) имеет в своем строении дейтерий (изотоп водорода) вместо двух водородов. Обе этих разновидности воды встречаются повсеместно в природе, а так же в водопроводной воде, но молекулы дейтериевой воды встречаются гораздо реже. Происхождение дейтериевой воде, в отличие от обычной воды (считается, что она занесена на землю посредством комет, метеоритов и других космический тел), приписывают земное (дейтерий образуется из протия, захватывая нейтрон космического излучения), так как никаких признаков существования дейтерия в космосе пока что найдено не было.