Основной областью применения тяжелой воды является атомная энергетика и промышленность - тяжеловодные энергетические, исследовательские и промышленные реакторы. Тяжёлая вода и дейтерий используются в физических экспериментальных установках (нейтронная обсерватория Садбери, источники “холодных” нейтронов, лазерная техника и др.), а также в качестве изотопного индикатора в химии, биологии, гидрологии и в качестве растворителей для ЯМР-спектроскопии