Deitērijs ir ķīmiskā elementa ūdeņraža izotops. Atšķirībā no parastā ūdeņraža, kuram ir viens protons, deitērijam ir viens protons un viens neitrons. Šis izotops nav radioaktīvs un ir atrodams nelielos daudzumos visur, kur atrodas ūdeņradis. To galvenokārt izmanto kodolsintēzē, kā skaldīšanas reaktoru moderatoru un kodolmagnētiskās rezonanses attēlveidošanā.
Lielākoties deitērijs ir ķīmiski identisks parastajam ūdeņradim. Tas var aizstāt ūdeņradi ķīmiskajās saitēs, un lielāko daļu organismu var veiksmīgi audzēt ar augstu deitērija līmeni. Deitērija oksīds, ko sauc par “smago ūdeni”, izotopa papildu masas dēļ uzrāda dīvainas sekas; tas ir biezāks par parasto ūdeni, un smagā ūdens ledus kubs nogrims. Organismi, kas patērē nelielu daudzumu smagā ūdens, parasti netiek ietekmēti, bet papildu masa izraisa nelielas izmaiņas tās saistīšanas īpašībās, un tas var izjaukt šūnas bioķīmiju, ja tiek izmantots pārāk daudz smagā ūdens.
Deitēriju iegūst no jūras ūdens, kur tas ir atrodams aptuveni 300 ppm koncentrācijā. Tas ir ļoti atšķaidīts, tāpēc ekstrakcijas process ir energoietilpīgs un dārgs; 1 mārciņa (0.4 kilogrami) var maksāt simtiem ASV dolāru (USD). Pateicoties tā atomu masai, izotops ir labāks neitronu regulētājs nekā parastais ūdeņradis, un deitērija oksīds tiek izmantots dažos kodolskaldīšanas reaktoros, piemēram, CANDU konstrukcijā. Deitēriju izmanto arī kodolbumbu ražošanā, un Otrā pasaules kara laikā sabiedrotie bombardēja Vācijas galveno deitērija rūpnīcu, lai neļautu tai iegūt atomieročus.
Lielākajā daļā viegli panākamu kodolsintēzes reakciju kā sastāvdaļa tiek izmantots deitērijs, tostarp deitērijs-tritijs, kas ir pašreizējais mākslīgās kodolsintēzes pētījumu mērķis. Lielākā daļa izotopu, kas izveidots zvaigznē, ātri atkal tiek sakausēts, un tāpēc lielākā daļa ūdeņraža Visumā vai nu paliek ūdeņradis, vai arī tiek sakausēti smagākos elementos, piemēram, hēlijā un ogleklī. Brūnie punduri, kuru kodola temperatūra nekad nav pietiekami augsta, lai sakausētu parasto ūdeņradi, var palikt stabili dažus miljonus gadu, sakausējot deitēriju.