يرمز للماء الثقيل بـ D2O أو 2H2O ، وله الخصائص الكيميائية ذاتها التي للماء العادي .
اما الخصائص الفيزيائية فيختلف عن الماء العادي بعض الشيء ،
فللماء الثقيل
* درجة غليان: 101.42 سيليزية عند الضغط الجوي القياسي.
* درجة تجمد: 3.81 سيليزية.
* كثافة نسبية: 1.1079 عند الضغط الجوي القياسي.
فالماء العادي والماء الثقيل تغلي وتتجمد في درجات حرارة مختلفة، وتختلف في كثافتها، كما أن مرونة أبخرتها مختلفة إلى حد ما أيضًا. وهي تتفكك بسرعات مختلفة أثناء التحليل الكهربائي. فالماء الخفيف أسرع تفككًا بقليل، بينما يكون تفكك الماء الثقيل أبطأ إلى حدما، وبالرغم من أن الفرق بين السرعتين ضئيل جدًا إلا أن الماء المتبقي في جهاز التحليل الكهربائي يكون غنيًا نوعًا ما بالماء الثقيل. وبهذه الطريقة تم اكتشاف الماء الثقيل لأول مرة. ولا تؤثر التغيرات في التركيب النظائري إلا قليلا على الخواص الفيزيائية للمادة. ويكون تغير الخواص التي تتعلق بكتلة الجزيئات، كسرعة انتشار جزيئات البخار، أكثر وضوحًا من تغير الخواص الأخرى.