ใช้เป็นตัวทำละลายในงานสเปกโตรสโกปี เอ็นเอ็มอาร์ (NMR) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวิเคราะห์สารอินทรีย์ เนื่องจากมีคุณสมบัติในการละลายสารได้ดีและให้สัญญาณพื้นหลังที่ต่ำในสเปกตรัม การแทนที่อะตอมไฮโดรเจนด้วยเดอทีเรียมช่วยลดการรบกวนของสัญญาณ ทำให้การตีความผลลัพธ์แม่นยำยิ่งขึ้น นอกจากนี้ยังใช้เป็นมาตรฐานภายในหรือตัวอ้างอิงในบางกรณี และเหมาะสำหรับการศึกษาเชิงกลไกของปฏิกิริยาทางเคมีที่ต้องการติดตามการเปลี่ยนแปลงของอะตอมไฮโดรเจน