Deuterium er den vanligste bestanddel i hydrogenbomber, en type atombombe. Hydrogenbomber kalles også fusjonsbomber. Deuterium erstatter vanlig hydrogen i tungtvann som brukes for å bremse nøytroner i kjernefysiske anlegg. Denne deuteriumets egenskap (at den i mindre grad absorberer nøytroner) gjør det generelt anvendelig i kjernereaktorer som benytter ikke-anriket uran, da i form av tungtvann (DO).