Основные области применения тяжелой воды включают ядерную медицину, атомную энергетику и ядерную инженерную промышленность. Тяжелая вода и дейтерий также используются в исследовательских учреждениях, в качестве изотопных меток в химии, биологии и гидрологии, а также в качестве растворителя в ЯМР (ядерно-магнитно-резонансной) спектроскопии