מים שנוסחתם הכימית היא 2H2O. מורכבים מאטום חמצן ואיזוטופ כבד יותר של מימן בשם דאוטריום הגורמים למסת המים להיות כבדים בכ-10% מאשר מים רגילים, ומכאן שמם.
מים כבדים משמשים כחומר מקרר וכחומר מאט בכורים גרעיניים. הם מופקים מהטבע, אך ההפקה מסובכת, כי המים האלו נדירים בטבע. בשל נדירותם, צריך לשאוב כמויות מים אדירות ולבצע הפרדה על-ידי זיקוק בין המים הכבדים למים הקלים. לאחר ההפרדה, המים הכבדים מאוחסנים במיכלים ועוברים לכורים גרעיניים והמים הקלים (מי השתייה) חוזרים למקור השאיבה שלהם.
יש שיטות הפרדה שונות המבוססות על עקרונות כימיים שונים. המשותף לכולן הוא המחיר הגבוה הדרוש להפקת מים כבדים. זאת, בשל כמות המים המעורבים התהליך ובשל כמות האנרגיה המושקעת בו. לדוגמה: מפעל הפקת המים הכבדים בעולם עד 1997 היה מפעל ברוס הקנדי. לצורך הפקת ליטר אחד של מים כבדים השתמש המפעל ב-340,000 ליטר מים רגילים.
