1931年底，H.C.尤里等发现氘后，又发现电解槽废液中氘的浓度增加，提出用电解水法浓缩重水的设想。1933年，G.N.路易斯和R.T.麦克唐南^[注]将10升电解槽废液经反复电解后，得到0.5微升重水，浓度约为65.7%，再电解而得到近乎纯的重水。用这最初的微滴重水，测定了重水的某些物理常数。1935年挪威利用廉价的水电能建立了世界第一座重水工厂，生产重水供研究用。20世纪40年代以来，由于核裂变的发现，重水成为核反应堆的重要材料，开始以工业规模生产。

重水的分子量为20.0275，比普通水的分子量18.0153高出约11%，由于其质量差别不像氘与氢之间那么大，在物理、化学性质上的差别也小些，而且因为水是一个多原子的极性分子，分子之间除了范德瓦耳斯力外，还有很更强的氢键力存在；重水分子比轻水分子有较更强的氢键力和范德瓦耳斯力，前者的作用比后者更为显著，因此，重水有较更高的熔点和沸点，较更小的蒸气压，较更大的熔解热、蒸发热和升华热。其性质之间的差异不像氘、氢之间那样规律。重水和普通水的性质比较见表1。

重水之得名就是由于它的密度比普通水要大不少，常用的重水含量测定法就是基于重水样品的密度或比重。重水和普通水在40℃时具有最大的密度差值，在370℃时密度相等。轻、重水之间蒸气压的差别是水精馏法富集重水的理论基础。在通常温度下，重水的蒸气压较普通水小；随着温度的上升，普通水与重水的蒸气压差值逐渐增大，直至170℃达到最大值（11.4千帕），然后又减小，到225℃时重水和普通水的蒸气压相等；而在225℃以上时，重水的蒸气压反而比普通水大。此外，黏度是重水与普通水的物理常数中相差最大的一个。25℃时，重水的黏度要比普通水大24%。

重水对生物有不利的影响。重水对一般动物的致死浓度约为60%，单细胞生物对重水的适应能力较强。

氘的天然丰度为0.0148%，核反应堆所需的重水纯度要求在99.75%以上。重水生产的特点是分离级数多、平衡时间长、处理物料量大、能耗大。由天然浓度浓缩到约1%的方法选择十分重要，因为重水生产的成本主要取决于初浓段的成本。重水生产的主要方法有精馏法、电解法、化学交换法，后开发的有吸氢合金吸附分离、激光分离等方法（见同位素分离）。

利用氘化合物的蒸气压特点而浓缩。主要原料为氢、氨、水等。液氢精馏的分离系数大，但低温技术和设备限制了生产规模。水精馏操作简单可靠、原料充足，但因分离系数小而能耗过大。氨精馏分离系数略大于水，潜热小，但受氨源限制，用作初浓方法不经济。

电解水时，氘的电解分离系数可达10左右。一般用碱性电解液、低碳钢阴极，可使重水较快浓缩。此法在20世纪40年代以前是生产重水的唯一方法，后因能耗太大，已不单独使用。

生产重水最经济的方法。常用的交换反应有：

实际操作过程分为单温交换法和双温交换法。双温交换法是利用低、高温度下分离系数的差异，来实现氘的转移，分离系数见表2。

H₂/H₂O交换反应的分离系数大，但需要用催化剂。

H₂/NH₃交换工厂一般附在大合成氨厂中，用溶在液氨中的KNH₂作催化剂，使氢气与液氨进行同位素交换；产生的NH₂D用水洗，形成重水。KNH₂遇水易爆炸是此法的极大缺点。

H₂S/H₂O交换法是比较成功的生产方法。反应不需催化剂，采用双温过程，用H₂S循环，以水为进料，生产规模不受限制。

重氢的热中子吸收截面仅为5.3×10^-4靶恩，比氢（0.332靶恩）小得多，所以重水的主要用途是在研究用核反应堆中作慢化剂和冷却剂。重水分解产生的氘还是重要的热核燃料。在化学和生物学中，重水还用作示踪物，进行反应机理等方面的研究。