apa epuizată de deuteriu are o concentrație mai mică de deuteriu (2h) decât apare în natură. Deuteriul este un izotop de hidrogen stabil (non-radioactiv) natural, cu un nucleu format dintr-un singur proton și un singur neutron. Nucleul hidrogenului obișnuit (protium) constă dintr-un singur proton. Atomii de deuteriu sunt aproximativ de două ori masa atomică a atomilor normali de hidrogen ca rezultat. Apa grea constă din molecule de apă cu doi atomi de deuteriu care înlocuiesc cei doi atomi normali de hidrogen. Hidrogenul din apa normală este format din aproximativ 99.,98% (în greutate) hidrogen normal (1H).

În Viena Standard Mean Ocean Water (VSMOW) care definește compoziția izotopică a apei oceanice, deuteriu apare la o concentrație de 155.76 ppm. Pentru standardul SLAP (standard light Antarctic Precipitation) care determină compoziția izotopică a apei naturale din Antarctica, concentrația de deuteriu este de 89,02 ppm. Producerea apei grele implică izolarea și îndepărtarea izotopologului cu conținut de deuteriu în apa naturală. Produsul secundar al acestui proces este apa epuizată cu deuteriu.,datorită eterogenității condițiilor hidrologice, apa naturală în compoziția sa izotopică variază în întreaga lume. Distanța de la ocean și Ecuator și înălțimea deasupra nivelului mării au o corelație pozitivă cu epuizarea deuteriului de apă.

apa de zăpadă, în special din apa topită glaciară de munte, este semnificativ mai ușoară decât apa oceanică., Greutatea cantitățile de isotopologues în apă naturale sunt calculate pe baza datelor colectate cu ajutorul spectroscopie moleculară:

Conform tabelului de mai sus greutatea concentrația de grele isotopologues naturale de apă poate ajunge la 2.97 g/kg, care este în mare parte datorită 1H218O, adică apă cu lumina de hidrogen și oxigen greu. În plus, există aproximativ 300 de miligrame de izotopologuri care conțin deuteriu în fiecare litru de apă. Aceasta prezintă o valoare semnificativă comparabilă, de exemplu, cu conținutul de săruri minerale.