Stabilný izotop vodíka, deutérium ²H (D), objavený v roku 1932, sa v prírodnej vode nachádza v množstve 0,015 hmotnostných percent. Atmosferické vody a vody vznikajúce topením ľadu a snehu, obsahujú menej ťažkej vody D₂O než vody podzemné a najmä morské. Prítomnosť deutéria v morskej vode (D₂O, HDO) spôsobuje určité zmeny v jej vlastnostiach (tlak nasýtených pár, teplota varu, reakčná rýchlosť, pri rozpúšťaní iných látok v nej atď.). Prítomnosť deutéria v živých organizmov ovplyvňuje ich biologické reakcie. Pre nižšie organizmy je ťažká voda značne jedovatá, pre cicavce je jej toxicita menšia. Avšak pri väčšom množstve ťažkej vody v organizme sa objavujú sympatomimetické účinky. Dochádza k funkčným nervovým poruchám, najprv k zvýšeniu a neskôr k zníženiu látkovej premeny, telesnej teploty a k poruchám činnosti obličiek. Molekuly D₂O reagujú v organizme pomalšie ako molekuly H₂O. Reakcie v bunke za prítomnosti D₂O pripomínajú reakcie starnúcej bunky. Nepatrná toxicita stabilných izotopov ²H umožňuje ich použitie pri štúdiu biochemických procesov v živých organizmoch.

Ďalším izotopom vodíka je trícium ³H (T), ktorého biologický polčas závisí od zlúčeniny v ktorej je viazaný. Biologický polčas trícia v molekulách vody nachádzajúcej sa v živom organizme je 6 – 18 dní. V organických zlúčeninách s labilnejšie viazaným tríciom je biologický polčas 21 – 30 dní, pri pevne viazanom tríciu až 250 – 550 dní. Biologický polčas látky je doba potrebná na elimináciu 50 % prijatého množstva látky.

Termojadrové výbuchy sú intenzívnym zdrojom trícia v životnom prostredí a následne aj v živých organizmoch. Najvyššia aktivita bola zistená vo vode pochádzajúcej zo zrážok v rokoch 1961 – 1963.