중수소(重水素, heavy hydrogen)는 첫 글자 한자인 무거울 중(重)에서 확인할 수 있듯이, 일반 수소에 비해서 무거운 수소라는 뜻으로 붙인 이름이다. 일반 수소가 양성자 1개로 이뤄진 원자핵을 가지는 것과 달리 중수소는 양성자 1개와 중성자 1개로 이뤄진 원자핵을 갖기 때문에, 일반 수소보다 약 2배 무거운 원자핵을 가지고 있다. 이렇듯 양성자 수는 같지만, 중성자의 수가 달라서 서로 다른 원자량을 갖는 원소를 동위원소라고 하는데, 수소와 중수소는 대표적인 동위원소 관계이다.

양성자 1개와 중성자 1개로 이뤄진 중수소 외에도 중성자 1개가 더 추가되어, 양성자 1개에 중성자 2개를 갖는 삼중수소도 역시 수소의 동위원소로 존재한다. 이들은 1H (수소), 2H (중수소), 3H (삼중수소)로 분류하거나 각각의 영문명을 고려하여 P (1H, protium), D (2H, deuterium), T (3H, tritium)이라고 구분하여 사용한다. 수소의 원자량은 1.007, 중수소의 원자량은 2.01409, 삼중수소는 3.1602의 원자량을 갖는다. 자연계에 존재하는 각 동위원소의 비율은 수소 99.984%, 중수소 0.0156%, 대기 중의 삼중수소는 수소원자 1018개당 삼중수소원자 1개의 비율로 구성되어 있어, 중수소 및 삼중수소는 매우 드물게 존재한다.