Ağır su (D2O) , nükleer reaktörlerde kullanılan hidrojen yerine ağır hidrojen (döteryum) izotopuna sahip yoğunluğu yüksek sudur.
1932'de ilk kez suyun elektrolizi yolu ile Hugh Taylor bulmuştur. Su moleküllerinin çoğu atom ağırlığı 1 olan hidrojen ile 16 olan oksijenden meydana gelmiştir. Fakat suyu oluşturan elementlerden yani hidrojen ve oksijen izotopları düşünülürse farklı molekül yapısı olduğu görülür. Hidrojenin döteryumla trityum, oksijenin O18, O17 gibi ağır izotoplarını içeren sulara ağır su denmektedir. Ancak ağır su diyerek bahsedilen döteryum oksittir. Ağır su, tatlı sularda ve yeraltı sularında eser miktarda; kar, deniz ve göl sularındaysa daha bol bulunur. Organizmalar için zehirlidir.
Ağır suyun nötron yavaşlatma gücünün normal sudan daha yüksek olması ve soğurma özelliğinin daha az olması ile reaktörlerde yakıt olarak doğal uranyumun kullanılmasına olanak verir.
Ağır su, II. Dünya Savaşı'nda Almanlar tarafından, atom bombasını geliştirmek amacıyla da kullanılmıştır.
Bon Voyage (Herkes Kendi Yoluna) ve buna benzer bazı filmlerde Fransızlar'ın, Hitler'den bu Ağır Su'yu saklama mücadeleleri de işlenmiştir.