水分子的结构式是H2O，实际上H有三种同位素1H（氕H）、2H（氘D）、3H（氚T）、氧有三种同位素16O、17O、18O，所以水实际上是18种水分子的混合C32C31=18。
当然H2O是最普通的水分子（包括H216O（99.73%）、H217O（0.18%）、H218O（0.037%）、），总量占99.937%。其余的水是重水（包括D216O、D217O、D218O）和超重水（包括T216O、T217O、T218O）。
重水在自然界含量非常少，而且它是和反应堆的中子慢化剂，在大功率的原子反应堆中需要它，同时又是生产氢弹的原料，但是从普通水中提取重水要耗费非常多的能量。
水的同位素体是含有不同氢氧同位素的水分子。
氘：氘是氢的同位素，除了通常的质子外，还有一个中子。它的符号是^2H或D。含有氘的水分子，被称为“重水”（D2O），与普通水相比具有不同的物理性质。与普通水相比，重水密度更大，沸腾温度更高，结冰温度更低。它常用于科学研究、核反应堆以及生物学研究中的示踪剂。
氚：氚是氢的一种放射性同位素，具有两个中子和一个质子。它的符号是^3H。氚可以取代水分子中的一个或两个氢原子，形成氚化水 (^3H2O)。
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