Uranium bestaat uit verschillende isotopen, waarvan enkel U235 kan deelnemen aan de kernreacties. Met het verrijken verhoogt men de concentratie van aktief uranium. Hoe hoog? 4% voor commerciele reactoren, 20% voor reactoren die in militaire schepen gebruikt worden. Door de hoge concentratie splijtbaar meteriaal kan de kernreactor in een duikboot dus kleiner gemaakt worden.

Met zwaar water (met deuterium in plaats van waterstof) heeft men nog altijd het modererend effekt, maar er worden minder neutronen opgeslorpt, waardoor men normaal, niet verrijkt uranium kan gebruiken in de kern. Deuterium is een stabiel (niet radioactief) isotoop van waterstof, één op de 6420 atomen waterstof is in feite een atoom deuterium.

De duitsers die tijdens de tweede wereldoorlog met kernenergie experimenteerden hadden niet de mogelijkheid om verrijkt uranium te produceren (het procédé is complex, traag en vraagt veel energie). Zij hebben daarom hun toevlucht gezocht tot zwaar water, waardoor ze de uranium niet zouden moeten verrijken. Zwaar water werd door een waterkrachtcentrale in Noorwegen geproduceerd.

Zwaar water is niet veel zwaarder dan gewoon water (11% zwaarder) omdat het gewicht van water grotendeels bepaald wordt door het zuurstof atoom. Deuterium kan gemakkelijker gescheiden worden, want de massa ervan is het dubbele van de massa van waterstof.

De centrales die met zwaar water werken zijn altijd van het PWR-type (waarbij het water in het primair circuit niet kan koken). De brandstofstaven moeten bij dit systeem wat vaker vervangen worden en de reactor is zodanig ontworpen dat dit kan gebeuren terwijl de reactor in werking is. De brandstofstaven zitten in drukleidingen die individueel afgesloten kunnen worden van het hoge druk watercircuit.

De CANDU reactor is één van de meest voorkomende types (Canada Deuterium Uranium). Het secundair en tertiair watercircuit is vergelijkbaar met die van een normale PWR centrale. Omdat zwaar water een minder modererend effekt heeft is er veel meer water nodig dan in een centrale met normaal water.

Het type werd ontworpen aan het begin van het atoomtijdperk door Canada, en er werd rekening gehouden met de technologische beperkingen van die tijd. Er werd daarom geen groot reactorvat onder druk gebruikt, maar drukleidingen, terwijl het reactorvat zelf op normale druk werd gehouden. Bepalde delen van de centrale moesten in het Verenigd Koninkrijk gebouwd worden. De eerste reactoren waren niet echt betrouwbaar door technologische mankementen en er werd veel aan het ontwerp gesleuteld.

De druk in de leidingen bedraagt ongeveer 100 bar bij een temperatuur van 310°. Door de hoge druk kan het water niet koken. De brandstofstaven zitten in het midden van de drukleidingen.

Het reactorvat bevat ook zwaar water, zodat de neutronen voldoende vertraagd kunnen worden. De drukleidingen met superheet water die door het vat lopen hebben een isolatie, zodat de temperatuur in het reactorvat laag kan blijven (70 - 80°).

Het is in theorie mogelijk andere vloeistoffen te gebruiken voor de koeling (vloeistoffen die geen invloed hebben op de neutronenstroom): bepaalde oliën en zelfs vloeibare zouten.

Men kan verschillende soorten brandstof gebruiken: natuurlijk uranium, maar ook gezuiverd uranium dat afkomstig is van klassieke kerncentrales (en nu onvoldoende radioactief uranium bevat) en MOX afkomstig van de recyclage van kernwapens. De meerkost veroorzaakt door het gebruik van zwaar water wordt snel gecompenseerd door de lagere prijs van de brandstof. Deze centrales leveren electriciteit aan een kost van 5 eurocent per kW.

Dit type reactor produceert het meeste radioactief afval. De brandstofstaven bevatten weinig brandstof (splijtbaar materiaal) en moeten dus vaker vervangen worden. De staven bevatten veel andere stoffen die door het neutronenbombardement radioaktief worden.

Het reactortype werd aan verschillende landen verkocht, ieder land pastte het concept wat aan. Tegenwoordig worden er geen nieuwe centrales meer gebouwd op zwaar water.