氘气的作用比价广泛，不仅用于核能、可控核聚变反应、激光器、灯泡、实验研究、半导体材料韧化处理以及核医学和农业等方面，而且在军事上它也有一些重要的用途,比如制造氢弹,中子弹和DF激光武器。
氢灯和氘灯是紫外区的常用光源，它们在180~375nm波长范围内产生连续辐射，在相同操作条件下，氘灯的发射强度比氢灯约大4倍。玻璃对这段波长范围内的辐射有强烈吸收，必须采用石英光窗。
氘气是生产氘代试剂的重要途径和来源之一，氘代试剂又是分析检测实验用到的核磁共振仪器(NMR)的必须使用溶剂。氘代试剂用于避免普通溶剂氢原子干扰，从而准确的分析出有机分子氢元素比例，对于药物化学中的有机分子结构检测与判断有着重要且无可替代的作用。
由于氘和氢的原子质量相差显著，碳和氘形成的键会在较低的频率上振动，其零点基础能量比相应的碳氢键能量要低，而它们的过渡态活化能是相近的，所以使碳氘键断裂比使碳氢键断裂需要更多的能量。
正因为打破碳氘共价键比碳氢键需要更大的能量，当化合物中的氢被氘取代后，化学反应的速率将显著减缓。
如果反应过渡态涉及到碳氢键的对称断裂，那么碳氢键上的氢被氘取代后，可以减慢反应速度85%左右。
理论上，如果碳氢键的断裂涉及新陈代谢途径的速率决定步骤，那么氢被氘取代后，其氘代化合物在生物体内由代谢酶所催化的代谢过程就会减慢或者中止。
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