Doğada bulunan aynı tür atomlar aslında birbirlerinin tamamen aynısı değillerdir. Aralarında bazı küçük farklar vardır. Örneğin bir kömür parçasını oluşturan karbon atomlarından bazıları çekirdeklerinde farklı sayıda nötron bulundurur. Nötron sayılarının farklı olması, aynı tür atomların ağırlıklarının birbirlerinden farklı olmasına neden olur. Fakat bu farklılık atomların kimyasal davranışlarını etkilemez. Çekirdeklerinde aynı sayıda proton fakat farklı sayıda nötron bulunduran atomlara izotoplar denir.

İzotoplar hakkındaki detaylı bilgilere Karbon Tarihlemesi isimli makalemden ulaşabilirsiniz.

Bildiğiniz gibi su molekülleri hidrojen ve oksijen atomlarından oluşur. Hidrojen atomu doğada 3 farklı şekilde bulunur. Yani hidrojenin 3 izotopu vardır. Genellikle izotop isimleri atomların kütle numarası ile yani proton sayısı + nötron sayısı ile ifade edilirken (Karbon-12, Karbon-13, Karbon-14 gibi), hidrojen izotoplarına özel isimler verilmiştir. Bunlar protiyum (H), döteryum (D) ve trityumdur (T). Protiyum atomu nötronsuzdur ve çekirdeğinde sadece 1 proton vardır. Suların büyük bir bölümü protiyumdan oluşmaktadır. Döteryumun çekirdeğinde 1 proton ve 1 nötron bulunurken, trityumda 1 proton ve 2 nötron bulunur.

Döteryum ve trityum, protiyum gibi oksijen ile birleşerek su moleküllerini oluşturur. Bu izotoplar çekirdeklerinde fazladan nötron bulundurduğundan, döteryumdan oluşan suya ağır-su (D₂O), trityumdan oluşan suya ise süper ağır su (T₂O) denir. Protiyumdan oluşan suya ise (bu tür karşılaştırmalarda için) hafif su denmektedir (H₂O). Kimyada bu ayırım daha netleştirilmiş, döteryumdan oluşan suya döteryumdioksit, trityumdan oluşan suya ise trityumdioksit adı verilmiştir. Bu farklı suların yanında doğada döteryum, protiyumdan ve oksijenden oluşan ve yarı-ağır su (HDO) olarak isimlendirilmiş su da vardır.

Doğadaki hidrojen atomları %99.98 protiyum, %0.02 döteryum, eser miktarda da trityumdan oluşmaktadır. Yani doğada her 3200 su molekülünden 1'i yarı-ağır su, her 41 milyon su molekülünden 1'i ise ağır-su molekülüdür. Trityum izotopu radyoaktif olduğundan doğal olarak bulunmaz. Ancak nükleer reaktörlerde veya kozmik ışınlar nedeniyle atmosferin üst katmanlarında oluşur. Örneğin 500 mililitrelik bir şişe su içersek (500 gram), yaklaşık olarak 0.16 gram yarı-ağır su (HDO) ve 12 mikrogram ağır-su (D₂O) içmiş oluruz.

Peki doğal su yerine ağır-su içersek ne olur? Eğer 1-2 bardak ağır-su içerseniz herhangi bir zarar görmezsiniz. Fakat fazla miktarda ağır-su tüketildiğinde ölümcül sonuçlar ortaya çıkabilir. Bu durum ağaçlarda ve farelerde denenmiştir. Ağır-su verilen ağaçlarda büyümenin durduğu, ağır-su içen farelerde ise ağır-su miktarı vücutlarındaki toplam su miktarının 3'de 1'ine ulaştığında öldükleri gözlenmiştir. Bunun nedeni izotop etkisidir. Fazla nötrona sahip ağır izotoplar kimyasal reaksiyonları yavaşlatmaktadır. Bu nedenle fazla ağır-su vücutta gerçekleşen kritik reaksiyonların yavaşlamasına ve ölümcül sonuçların ortaya çıkmasına neden olur. Uzmanlara göre günlük su tüketiminin yüzde 10'undan fazla ağır-su içilirse sağlık problemleri başlar.

Ağır-su nükleer reaktörlerde nötronları yavaşlatmakta kullanılan temel sıvıdır. Ayrıca incelenmek istenen bazı reaksiyonlarda döteryum izotopu takip edilir. Böylece reaksiyon mekanizması detaylı şekilde anlaşılır.

Ayrıca bu tür suların yanında oksijen izotopları (O-16, O-17 ve O-18) ve yukarda belirttiğim hidrojen izotoplarının karışımı olan çok farklı su çeşitleri de bulunmaktadır.