Deuterium-vyčerpaná voda má nižší koncentraci deuteria (2H), než se vyskytuje v přírodě. Deuterium je přirozeně se vyskytující, stabilní (neradioaktivní) izotop vodíku s jádrem sestávajícím z jediného protonu a jediného neutronu. Jádro obyčejného vodíku (protium) se skládá z jediného protonu. V důsledku toho jsou atomy deuteria asi dvojnásobkem atomové hmotnosti normálních atomů vodíku. Těžká voda se skládá z molekul vody se dvěma atomy deuteria nahrazujícími dva normální atomy vodíku. Vodík v normální vodě se skládá z asi 99.,98% hmotnostních normálního vodíku (1h).

V Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW), který definuje izotopové složení vody oceánu, deuterium se vyskytuje v koncentraci 155.76 ppm. Za FACKU (Standardní Světlo Antarktida Srážky) standard, který určuje, izotopové složení přírodních vod z Antarktidy, koncentrace deuteria je 89.02 ppm. Výroba těžké vody zahrnuje izolaci a odstranění izotopolu obsahujícího deuterium v přírodní vodě. Vedlejším produktem tohoto procesu je voda vyčerpaná deuteriem.,

vzhledem k heterogenitě hydrologických podmínek se přírodní voda v jejím izotopovém složení mění po celém světě. Vzdálenost od oceánu a rovníku a výšky nad hladinou moře mají pozitivní korelaci s vyčerpáním deuteria vody.

sněhová voda zejména z ledovcové horské meltwater je výrazně lehčí než oceánská voda., Hmotnost množství isotopologues v přírodní vodě jsou vypočteny na základě dat získaných pomocí molekulární spektroskopie:

Podle výše uvedené tabulky hmotnostní koncentrace těžkých isotopologues v přírodní vodě, může dosáhnout 2.97 g/kg, což je z velké části kvůli 1H218O, tj. vody s lehkým vodíku a těžkých kyslíku. Kromě toho je v každém litru vody asi 300 miligramů deuteria obsahujícího izotopoly. To představuje významnou hodnotu srovnatelnou například s obsahem minerálních solí.