Deutérium je izotop vodíka, ktorého jadro obsahuje jeden protón a jeden neutrón. Ide o prirodzene sa vyskytujúci, stabilný izotop vodíka, ktorý tvorí približne 0,0156 % všetkých atómov vodíka — inými slovami, približne jeden z 6 420 atómov vodíka je deutérium. V zlúčenine s kyslíkom vytvára ťažkú vodu (D₂O).

V tlakovodných reaktoroch chladených ťažkou vodou slúži ťažká voda zároveň ako moderátor aj chladivo, pretože deutérium takmer nepohlcuje neutróny (ťažká voda je podstatne lepším moderátorom než ľahká voda). Okrem jadrovej techniky sa deutérium a jeho zlúčeniny používajú napr. v spektroskopii, v lekárstve, pri štúdiu mechanizmov chemických reakcií a podobne.

Deutérium je zároveň považované za kľúčové palivo budúcnosti. Reakcia jadrovej fúzie deutéria s tríciom sa predpokladá ako hlavný energetický proces v prvých fúznych elektrárňach. Deutérium-tríciová reakcia už bola opakovane úspešne realizovaná v mnohých termonukleárnych výskumných zariadeniach.

Zásoby deutéria sú prakticky nevyčerpateľné – v morskej vode sa nachádza približne 4,6 × 10¹³ ton deutéria.