น้ำออกซิเจนหนัก ซึ่งเสริมด้วยไอโซโทปออกซิเจน-18 ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการวินิจฉัยทางการแพทย์ ในงานศึกษาการเมตาบอลิซึม มันทำหน้าที่เป็นตัวติดตามเพื่อตรวจสอบเส้นทางและอัตราการเกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมีในสิ่งมีชีวิต โดยการนำน้ำออกซิเจนหนักเข้าไปในระบบชีวภาพ นักวิจัยสามารถติดตามการเคลื่อนที่และการเปลี่ยนแปลงของอะตอมออกซิเจน ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับกระบวนการเช่น การสังเคราะห์ด้วยแสง การหายใจ และการเมตาบอลิซึมของยา

ในการถ่ายภาพทางการแพทย์ โดยเฉพาะ positron emission tomography (PET) scans น้ำออกซิเจนหนักถูกใช้ในการผลิตไอโซโทปรังสีที่ช่วยในการแสดงภาพและประเมินการไหลของเลือดและการใช้ประโยชน์ออกซิเจนในเนื้อเยื่อ ซึ่งสำคัญสำหรับการวินิจฉัยและติดตามภาวะเช่น มะเร็ง โรคหัวใจ และความผิดปกติทางระบบประสาท

นอกจากนี้ น้ำออกซิเจนหนักยังมีบทบาทในวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม โดยใช้ในการศึกษาวัฏจักรน้ำ รวมถึงการระเหย การตกผลึก และการเคลื่อนไหวของน้ำใต้ดิน ซึ่งช่วยในการทำความเข้าใจพลวัตสภาพภูมิอากาศและจัดการทรัพยากรน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ทำให้เป็นเครื่องมือที่มีค่าอย่างยิ่งในสาขาวิทยาศาสตร์และการแพทย์ต่างๆ