woda zubożona deuterem ma niższe stężenie deuteru (2H) niż występuje w przyrodzie. Deuter jest naturalnie występującym, stabilnym (nieradioaktywnym) izotopem wodoru z jądrem składającym się z pojedynczego protonu i pojedynczego neutronu. Jądro zwykłego wodoru (protium) składa się z pojedynczego protonu. W rezultacie Atomy deuteru są około dwukrotnie większe od normalnych atomów wodoru. Ciężka woda składa się z cząsteczek wody z dwoma atomami deuteru zastępującymi dwa normalne atomy wodoru. Wodór w normalnej wodzie składa się z około 99.,98% (wagowo) normalnego wodoru (1H).

w wiedeńskiej normie oznacza wodę oceaniczną (VSMOW), która określa skład izotopowy wody oceanicznej, Deuter występuje w stężeniu 155,76 ppm. Dla standardu SLAP (Standard Light Antarctic Precypitation) określającego skład izotopowy naturalnej wody z Antarktydy, stężenie deuteru wynosi 89,02 ppm. Produkcja ciężkiej wody polega na izolowaniu i usuwaniu izotopów zawierających Deuter w naturalnej wodzie. Produktem ubocznym tego procesu jest woda pozbawiona deuteru.,

ze względu na niejednorodność warunków hydrologicznych naturalna woda w swoim składzie izotopowym różni się na całym świecie. Odległość od oceanu i równika oraz wysokość nad poziomem morza mają dodatnią korelację z poziomem wody.

woda śniegowa, zwłaszcza z topniejących gór Lodowcowych, jest znacznie lżejsza od wody oceanicznej., Ilości wagowe izotopologów w wodzie naturalnej oblicza się na podstawie danych zebranych za pomocą spektroskopii molekularnej:

zgodnie z powyższą tabelą stężenie wagowe ciężkich izotopów w naturalnej wodzie może osiągnąć 2,97 g/kg, co w dużej mierze wynika z 1H218O, czyli wody z lekkim wodorem i ciężkim tlenem. Ponadto w każdym litrze wody znajduje się około 300 miligramów deuteru zawierającego izotop. Stanowi to znaczącą wartość porównywalną np. z zawartością soli mineralnych.