重水反应堆是一种将重水（氘氧化合物）作为反应堆燃料的核反应堆。而重水的作用是减缓中子的速度，从而增加其能够与燃料原子核相互作用的概率。这样可使轻水堆中使用的天然铀燃料升级为用浓缩铀或芳氢化铀制成的燃料，且更少的放射性延迟产物生成，因此具有更好的经济性和环境性能。
重水反应堆广泛应用于许多国家的核电站，而加拿大已经成为世界上迄今唯一大规模采用重水反应堆的国家。
重水的制备是实现重水反应堆的必要条件。而重水的制备方法有冷却法和电解法两种。由于重水在自然界中含量非常稀少，所以重水的制备比较困难，因此重水的价格十分昂贵，达到了迄今为止工业上所生产出的一种普通水的200倍左右。
目前，同位素交换法是最常用的一种制备重水的方法，该方法可以产生高度纯的重水，但其制备成本也相对较高。
重水反应堆因其能够利用浓缩铀从而具有更高的热效率和更少的核废料而备受关注，也为核能的可持续发展做出了重要贡献。