ใช้ในงานวิจัยทางเคมีเป็นตัวทำละลายหรือตัวทำปฏิกิริยาในสังเคราะห์สารอินทรีย์ โดยเฉพาะในระบบปฏิกิริยาที่ต้องการสารตั้งต้นที่มีไอโซโทปเดอเทอเรียมเพื่อติดตามเส้นทางของปฏิกิริยาหรือศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยา (kinetic isotope effect) เนื่องจากเดอเทอเรียมมีมวลมากกว่าไฮโดรเจน จึงช่วยให้เข้าใจกลไกของปฏิกิริยาเคมีได้ดีขึ้น นอกจากนี้ยังใช้เป็นมาตรฐานภายในในการวิเคราะห์ด้วยเทคนิคสเปกโตรสโกปี เช่น NMR หรือ mass spectrometry เพื่อเพิ่มความแม่นยำในการระบุโครงสร้างของสาร