ใช้หลักๆ เป็นสารมาตรฐานภายในที่ติดฉลากด้วยไอโซโทปเสถียรในงานสเปกโตรเมตรีมวล (mass spectrometry) และการศึกษาด้วยนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ (NMR) สารเดอทีเรตนี้ช่วยให้สามารถวัดปริมาณได้อย่างแม่นยำและติดตามเส้นทางการเผาผลาญ โครงสร้างที่ติดฉลากช่วยให้นักวิจัยสามารถแยกแยะจากอนาล็อกที่ไม่ใช่เดอทีเรตในตัวอย่างชีวภาพและสิ่งแวดล้อม ใช้บ่อยในงานวิจัยเภสัชกรรม ช่วยในการศึกษาการเผาผลาญยาและผลิตภัณฑ์ย่อยสลาย นอกจากนี้ยังใช้ในการสังเคราะห์อินทรีย์ที่ต้องการการรวมเดอทีเรียมเพื่อปรับเปลี่ยนจลนศาสตร์ปฏิกิริยาหรือเพิ่มความไวในการตรวจจับ