Tungtvann er ikke regnet som giftig, selv om noen metaboliske reaksjoner trenger vanlig vann. Eksperimenter gjort på mus har vist at hovedeffekten av tungtvannets litt forskjellige reaksjonshastigheter er å forhindre celledeling, noe som forårsaker økende skade på vev som trenger rask fornyelse. Derfor kan det likevel kunne gjøre skade hvis konsentrasjonen blir for stor. Forsøk på pattedyr har vist at de dør etter en uke, først når 50 % av kroppsvannet er byttet ut med tungtvann (DO).