Дейтерий применяют в различных областях науки и техники, среди них:

• Исследования ядерного синтеза. 25 Дейтерий — топливо для экспериментальных термоядерных реакторов. 5 При слиянии ядер дейтерия образуется ядро гелия, при этом выделяется значительное количество энергии. 25
• Ядерная энергетика. 13 Дейтерий используют как замедлитель нейтронов в реакторах. 13 Он помогает контролировать скорость нейтронов в активной зоне реактора, обеспечивая управляемую цепную ядерную реакцию. 5
• Органическая химия. 23 Дейтерированные соединения применяют для исследования механизмов реакций. 3
• Фармацевтическая промышленность. 23 Дейтерирование молекул лекарственных веществ позволяет существенно изменить их фармакокинетические свойства. 3
• Медицинская диагностика. 5 Вещества, богатые дейтерием, играют важную роль в магнитно-резонансной томографии (МРТ). 5 Контрастные вещества, меченные дейтерием, улучшают видимость определённых структур в организме, помогая в точной диагностике. 5
• Материаловедение. 3 Исследуют возможности создания дейтерированных полимеров с улучшенными механическими и оптическими свойствами. 3
• Квантовые компьютеры. 3 Спиновые состояния ядер дейтерия могут использоваться для хранения квантовой информации благодаря их уникальным магнитным свойствам и большому времени когерентности. 3