L’eau lourde est utilisée dans certaines filières de réacteurs nucléaires comme modérateur de neutrons dans le but de ralentir les neutrons issus de réactions de fission nucléaire. Les neutrons ralentis ont alors une probabilité plus élevée d’aller provoquer de nouvelles fissions de noyaux d’uranium, permettant ainsi la réaction en chaîne. Le réacteur CANDU est un réacteur nucléaire à uranium naturel à eau pressurisée utilisant ce système de modération. L’eau (classique H2O) est aussi capable de ralentir les neutrons d’une réaction de fission. Cependant elle les absorbe trop pour que la réaction puisse s’entretenir d’elle-même dans un réacteur à uranium naturel. Toutefois, cette eau normale peut être utilisée si de l’uranium enrichi est utilisé.