الماء الثقيل، هو الماء الذي يتكوّن من ذرتي هُبان ثقيل، بدلا من ذرّتي هبان عادي، متّحدتين مع ذرّة كُثار واحدة، وقد اكتشفه الأمريكي يوري H. C. Urey سنة 1932م. للهُبان ثلاثة مماكنات طبيعية أساسية، هي: الأُهان protium، كتلته الذرية 1,007825، وهو الهُبان الشائع ولا تضمّ نواتُه إلاّ وَجْبونا واحدا من دون عَدْلون، ثمّ البُهان deutérium، كتلته الذرية 2,01410 وهو نادر حيث تضمّ نواته عدلونا واحدا زيادة على وَجْبون، ثمّ الجُهان tritium، كتلته الذرية 3,01605 وتضمّ نواته وَجْبونا وعَدْلونين، وهذا النوع نادر جدّا، كما أنّه أقلّ أمانا بالنسبة للتعامل معه، لأنّه مشعّ، ويتواجد في الطبيعة على شكل وَلَث (آثار). ذرّات البهان تفعل تماما ما تفعله ذرّات الهبان العادية، فإنّ ذرّتين من البهان تتّحدان مع ذرّة واحدة من الكُثار لتكوين الماء، والذي يُسمّى في هذه الحال «بالماء الثقيل» لأنّه يحتوي على عدالين زائدة، أو كما يسمّونه باسمه العلمي: ذَرَب البُهان deuterium oxide، فالماء الثقيل الذي يُجمّد في قوالب على شكل مكعّبات، يغطس حينما يوضع في كوب ماء، بينما تطفو قطعة جليد الماء العادي، وهذا هو الفارق الذي يصنعه جسيم تَحْذَري. في الطبيعة، زهاء واحدة من كلّ 6400 ذرة هبان تضمّ عدلونا إضافيا.
الخصائص الكيميائية للماء الثقيل هي نفسها خصائص الماء الخفيف، أمّا الخصائص الريزيائية فتختلف عن الماء العادي، فكثافتهما وغلواهما مختلفتين، ومرونة أبخرتهما مختلفة أيضا إلى حدّ ما، أثناء التحليل الكهربي يتفكّك الماء الخفيف أسرع من الماء الثقيل، وعلى الرغم من أنّ الفرق بين السرعتين ضئيل جدّا، إلاّ أنّ الماء المتبقى في جهاز التحليل الكهربي يكون غنيا نوعا ما بالماء الثقيل، وبهذه الطريقة اُكتشف أوّل مرّة. لا تؤثّر التغيّرات في التركيب المماكني إلاّ قليلا على الخصائص الريزيائية للمادّة، ويكون تغيّر الخصائص التي تتعلّق بكتلة الجزيئات، كسرعة انتشار جزيئات البخار، أكثر وضوحا من تغيّر الخصائص الأخرى. يُستعمل الماء الثقيل على نطاق واسع في مجالات العلوم النووية، ويكوّن الماء الثقيل 1\6 من الماء الخفيف. يستحصل على الماء الثقيل، عن طريق: التقطير المُجزّأ، أو عملية غردلو وسبيفاك، أو عملية التبادل مع كَبَر الهُبان hydrogen sulfide، أو التحليل الكهربي، أو التقطير القَرّي للميثان methane cryogenic distillation، يُحصَل على الماء الثقيل بنقاوة 99,75% بعبوات أثقلها 5000 رام. يتكوّن الماء الخَجِير super heavy water من ذرّتي جُهان متّحدتين مع ذرّة كُثار، وقد اكتشفه الكيمياوي الأمريكي أرستد غروس A. Grosse سنة 1951م، يحتوي الماء العادي على نسب ضئيلة جدّا من الماء الخجير.
يتكوّن الماء الخفيف light water من ذرتي هُبان متحدتين مع ذرة كُثار، ويتكوّن الماء الخُفاف semiheavy water من ذرّة بُهان وذرّة هُبان، متّحدتين مع ذرّة كُثار، ويتكوّن الماء الثقيل heavy water من ذرّتي بُهان متّحدتين مع ذرّة كُثار، ويتكوّن الماء الخجير super heavy water من ذرّتي جُهان متّحدتين مع ذرّة كُثار.