Apa grea poate servi drept moderator de neutroni intr-un reactor nuclear, care incetineste particulele rapide si incurajeaza reactia fisiunii. Neutronii intr-o reactie de fisiune calatoresc fie rapid, fie incet. Neutronii rapizi tind să fie absorbiți de anumiți izotopi ai uraniului mai degrabă decât să continue reacția de fisiune, dar atomii de deuteriu mai mari din apa grea contribuie la încetinirea acestor neutroni rapizi, asigurând continuarea reacției în lanț.
Moleculele de apă grele sunt grele deoarece conțin deuteriu. În mod normal, nucleul unui atom de hidrogen constă dintr-un singur proton, dar deuteriul este un izotop de hidrogen care conține un neutron și un proton, mărind în mare măsură greutatea elementului și modificând proprietățile sale atomice.
Reactorii cu apă brută oferă câteva avantaje față de cei care folosesc apă normală sau lumină ca moderator neutron. Apa grea permite utilizarea uraniului natural drept combustibil, în timp ce reactoarele de apă ușoară necesită uraniu îmbogățit, care este mult mai dificil de produs. În plus, reactoarele cu apă grea pot fi utilizate pentru a transforma uraniul natural într-un material de arme ca parte a procesului de fisiune, o potențială amenințare la adresa neproliferării nucleare. Din acest motiv, importul și exportul de cantități mari de apă grea sunt reglementate în multe țări, iar comerțul internațional cu apă grea este deschis pentru examinare.
