由于重水具有满意的慢化能力和特别高的慢化比，因而它是一种优秀的慢化剂。在其他条件相同的情况下，用重水作慢化剂时逃脱共振吸收概率和热中子利用因数都比用石墨时高。因此，用重水作慢化剂的非均匀天然铀反应堆比用石墨作慢化剂的反应堆尺寸小，而所需燃料也少得多。事实上，天然铀与重水的均匀系统能够达到临界，而天然铀和石墨的均匀混合物则不可能达到临界。随着重水生产制备的改进与发展，重水正在得到越来越多的应用。
纯氧化氘在3.82℃下熔解而在101.42℃下沸腾，在两种情况下这些数值都比普通水的相应温度高了一点点。因此，在采用重水的高温系统内像采用普通水的系统一样，也需要很高的压力。重水密度在室温下大约是1.10g/cm。
所有天然水都含有大约1/6500（约0.015%）的氧化氘，而重水就是将这种极小份量浓集到所需纯度而得到的。曾经采用过好几种方法来浓集水中的氘，其中有三种方法得到了大规模的工业应用，这就是电解法、蒸馏法和化学交换法。此外，还有一种可能性，就是由液态氢低温蒸馏分离氘。
制备方法
生产重水的电解法的原理是：当水溶液电解时，即当电流通过水溶液时，阴极上放出的氢气所含轻同位素的份量比重同位素多些。因此留在电解槽内的水中氘的成分就部分地浓集了。在商业上常用的电解液是钠或钾的氢氧化物或碳酸盐的水溶液；阳极用镍或镀镍的钢制成，而阴极则由镍或钢制成。一个钢质电解槽可以用来兼作容器和阴极。连续进行电解就有可能得到高纯度的重水。但为了取得高浓集程度重水需要大量的电力，因而要采用这种电解方法由普通水开始提取重水，是基本不可行的。不过下面就将看到，当进料水已用其他方法部分浓集以后，电解法却是特别有价值的方法。
蒸馏法是以轻水与重水蒸汽压的微小差异为依据的，这一点已经可以由它们在沸点的微小差异上看出。因此，当水被蒸馏时，首先蒸馏出来的液体内含有较高比例的轻同位素，而残液则含有较多的重同位素。因此，将天然水进行分组蒸馏，就有可能使重水浓集。由于蒸汽压的差异很小，蒸馏塔内必须包含很大数目的蒸馏盘或等效级。在低压下蒸馏可以得到最高的分离效率。不管所需的设备要多大，由普通水已经通过分馏得到高纯度的重水。超过8级蒸馏以后水内氘的含量就由正常的0.015%升高到大约90%。
化学交换法利用同位素分子化学活泼性上的微小差异进行。虽然同位素具有完全相同的化学性质，但同一元素各种同位素形态或其化合物却常常具有稍稍不同的反应速率。因此，同位素交换反应的平衡常数，即正逆反应的比速，就与l略有出入。这就使得同位素的局部分离成为可能。
如果所有参加反应的物质都处于汽相下，这一平衡常数的数值范围约在常温下的3.4与100℃下的2.6之间。这就意味着假如使含有一些HD的氢气与水（H2O）蒸气达成平衡，则反应结果就会生成HDO。可以用普通水将HDO由汽相中洗出，因而水内的氘就被浓集了。
由于水与氢之间的同位素交换平衡建立得很缓慢，甚至在l00℃下也如此，因此有必要使用催化剂。催化剂可以是散布在木碳底子上的铂粉，也可以是镍与三氧化二铬的混合物。将水蒸汽与氢的混合气流通过催化剂上面，然后用液态水洗出所生成的HDO。将后者蒸发并再与氢气同时送过催化剂上，这就会生成更多的HDO，如此继续下去。如果在一个对流级联系统内重复进行催化交换反应以及水蒸汽与洗涤水的平衡反应，那么就可以得到相当浓集了氘的水。
氢-水交换法要求有巨大容积的氢气，因而最经济的办法是使它与以氢为重要反应物的另一过程联系起来。氨的氮与氢合成制造法满足这一要求。氢气先被引入氘的浓集车间，在这里有一定比例的氘含量在交换较轻同位素时被取走；剩下的气体于是通到氨的合成车间，对后者而言气体成分的稍微改变影响不大。
以前也曾经采用一种修正的化学交换原理，叫做“双温度法”。它所利用的是两种温度下交换反应平衡常数的差异，这种方法不需要大量的氢（或其他气体），因为氢只用作氘的载体。
由左方送入的进料水被分为两部分：一部分在相当低温度T1下蒸发然后送入第I反应器并与氢气发生作用。由于发生同位素交换反应的结果，水就被氘所浓集，而氢气内的这种同位素则减稀。另一部分进料水在高于T1的温度下蒸发，并与由第I室来的减稀氢气温合。当混合气体通过热交换器使温度升高到T2以后（T2比T1高得多），就进入了第II反应室。由于在T2温度下的水-氢交换反应的平衡常数比T1温度下要小，因而氘在这时就由水进入减稀氢。在用冷凝法除去水分后，含氘量已经恢复原状的氢气又回到第I反应室内，在那里它又再一次被减稀，这样循环不已。
如果考虑将重水由0.015%浓集到99.75%（这是应用在反应堆内所必须的）的问题，似乎上述方法中没有哪一种在全部浓度范围上比另一种更为优越。浓集过程的成本大部分都花费在开始几级上，这主要是由于必须要有很大的工厂才能处理巨量的水。然而，当重水的比例增大了以后，这一情况就改变了。其结果就使得开始各级通常不能用的电解方法，在浓集的最后几级就可以很好地利用了。因此，最经济的解决办法就是利用蒸馏或化学交换法，或者两者合用，来由普通水内将氘含量浓集到某种程度，然后再用电解法使产品提高到所需的浓度。
还有必要提一下在低温下用液态氢分馏法分离氘的可能性，根据某些资料显示这种方法应该可能生产出比以上方法更为廉价的重水。虽然液态氢与液态氘在大气压下沸点相差仅仅3.12℃，但在一定温度下它们的蒸汽压之比却特别大。这样，在大约22K温度下，这一温度在两种纯粹液体沸点之间，蒸汽压之比在H2/HD为1.6，而在H2/D2则差不多是2.5。这样高的相对挥发性意味着利用分馏法有可能获得很高的分离效率。
这种方法的主要问题在于：（1）大规模的工厂需要在-250℃左右的低温下运行，这是进行氢的液化和精馏所必需的；（2）在这种低温下氢内存在的微量杂质会在进料管道内生成固态沉积物；（3）大量液态氢的操作所带来的危险。