Nach dem Kriegseintritt Frankreichs im September 1939 intensivierten sich die Forschungen im Pariser Labor, wobei sich die Arbeiten auf die Konstruktion eines Reaktors konzentrierten, da der Bau einer Bombe zu aufwändig schien. Es war wohl Kowarskis Idee, schweres Wasser (D2O, Deuteriumoxid) statt gewöhnliches Wasser als Moderator zur Abbremsung der Neutronen zu verwenden, da schweres Wasser im Gegensatz zu normalem Wasser kaum Neutronen absorbiert. Die einzige Fabrik für schweres Wasser befand sich zu dieser Zeit in Rjukan in Norwegen. Mit der Betreiberfirma "Norsk Hydro" wurde ein Kontrakt abgeschlossen und der gesamte Vorrat von 165 l Schwerwasser im März 1940, wenige Wochen vor der deutschen Invasion Norwegens erworben. Nach dem militärischen Zusammenbruch Frankreichs im Juni 1940 und der abzusehenden Besetzung von Paris durch die deutschen Armeen flüchteten Kowarski und von Halban unter abenteuerlichen Umständen mit dem gesamten Schwerwasser nach England. Sie wurden dort im Verlauf des Krieges Mitarbeiter des britischen Atomprojektes und wechselten mit diesem im Sommer 1942 nach Kanada. Dort ging 1945 der erste Schwerwasserreaktor in Betrieb, drei Jahre, nachdem dem Team um Enrico Fermi mit dem Reaktor Chicago Pile 1 eine kontrollierte Kettenreaktion gelungen war.