Ciężka woda, HDO lub – wieloznaczny termin fizyczny i chemiczny: zazwyczaj oznacza to związek chemiczny , czyli tlenek deuteru – wodę, w której atomy wodoru to izotop znany jako deuter (D)Jego jądro zbudowane jest z protonu i neutronu, podczas gdy jądro protu () w zwykłej wodzie zawiera jedynie proton.; nazwa ta w sensie szerszym dotyczy także związku, w którym jedynie jeden atom 1H (protu) zastąpiony jest deuterem (HDO); jest to też typ substancji chemicznej – woda, w której znaczącą część atomów wodoru stanowi deuter.
W normalnej wodzie występuje naturalnie ok. 115 ppm wody ciężkiej. Można ją pozyskiwać na różne sposoby: Harold Clayton Urey (USA), opublikował w 1931 technikę umożliwiającą oddzielenie tlenku deuteru od tlenku zwykłego wodoru, polegającą na wieloetapowym odwirowywaniu wody. Inną metodą oddzielenia ciężkiej wody jest powolna elektroliza. Wykorzystuje się tu fakt, że deuter ulega jej wolniej niż zwykły wodór (prot). Podczas tego procesu wodór i tlen uchodzą z elektrod, natomiast tlenek deuteru pozostaje w naczyniu. Z elektrolizy litrów wody uzyskuje się około 1 litra ciężkiej wody, przez co jest kosztowna.