Det ekstra nøytronet i hver av hydrogenkjernene påvirker dipolmomentet for molekylet. Derfor avviker egenskapene fra vanlig vann – tungtvann har et normalfrysepunkt på 3,81 °C og et normalkokepunkt på 101,42 °C. De to ekstra nøytronene for molekylet bringer molvekten opp fra ca. 18 g/mol for normalt vann, til ca. 20 g/mol for tungtvann, hvilket betyr at tettheten er opp rundt 11 % til ca. 1 100 kg/m³.