deuterij (prema grč. δεύτερος, deúteros: drugi), teški vodik, kemijski simbol ²H ili D (novolat. deuterium), stabilni izotop vodika s masenim brojem 2 i s relativnom atomskom masom 2,014. Atom deuterija sastoji se od jezgre, deuterona, koja je građena od jednoga protona i jednoga neutrona, a okružuje ju jedan elektron. Prirodni vodik sadržava približno 0,015% deuterijevih atoma. Zbog velike razlike u masi deuterij i laki vodik (1H) različitih su fizikalnih svojstava, ali su im zbog istoga atomskog broja kemijska svojstva gotovo identična; deuterij stupa u kemijske reakcije neznatno sporije, što se očituje kao izotopni efekt (→ izotopi). Na tome se temelji i dobivanje deuterija, jer se on, zbog sporije reakcije tijekom elektrolize vode, nakuplja u obliku teške vode, deuterijeva oksida, D2O. Teška voda rabi se kao usporivač neutrona u nuklearnim reaktorima.
Deuterij se često primjenjuje kao izotopni obilježivač za određivanje strukture kemijskih spojeva ili za proučavanje reakcijskih mehanizama i bioloških procesa tehnikom izmjene vodik/deuterij (H/D izmjena) u sprezi sa spektrometrijom masa. Deuterij je važan u farmaciji i farmaceutskoj kemiji jer se ugradnjom atoma deuterija u molekulu lijeka (deuteriranje) mogu unaprijediti farmakološka svojstva lijeka u usporedbi s istim lijekom koji nije deuteriran. Deuterirani lijek deutetrabenazin, indiciran za liječenje bolesti koje uzrokuju trzajne, nepravilne, nevoljne kretnje kod Huntingtonove koreje, prvi je odobren deuterirani lijek 2017. u SAD-u. Deuterij je 1931. otkrio američki kemičar Harold Clayton Urey sa suradnicima, za što je 1934. nagrađen Nobelovom nagradom za kemiju. Izolirao ga je 1933. Gilbert Newton Lewis i priredio čisti uzorak teške vode.
