ใช้เป็นตัวเรย์เจนต์ที่ถูกแทนที่ด้วยเดอทีเรียมในงานสังเคราะห์อินทรีย์และเคมีวิเคราะห์ โดยเฉพาะในสเปกโทรสโกปีเอ็นเอ็มอาร์ (NMR) เพื่อศึกษากลไกปฏิกิริยาและโครงสร้างโมเลกุล รูปแบบเดอทีเรียมช่วยให้การแยกสเปกตรัมชัดเจนยิ่งขึ้นโดยกำจัดการรบกวนจากโปรตอน นิยมใช้ในการเตรียมอนุพันธ์พทาเลตที่ถูกติดฉลากสำหรับการศึกษาแบบ tracer และงานวิจัยทางเมแทบอลิซึม นอกจากนี้ยังใช้ในการตรวจสอบผลกระทบไอโซโทปจลนศาสตร์เนื่องจากความเสถียรของอะตอมเดอทีเรียมภายใต้สภาวะปฏิกิริยาต่างๆ