Consequentes correções na massa atômica do oxigênio induziram a alterações na do hidrogênio obtida por processos químicos. Um ligeiro aumento deste valor levou os cientistas a adiantarem a hipótese da existência de um novo isótopo de número de massa 2 e massa atômica 2,0147, na proporção de 1 para 5000. Urey procurou então fazer a separação deste isótopo fraccionando hidrogênio líquido. Pela análise espectral do resíduo de fraccionamento de uma grande quantidade de hidrogênio líquido, foi possível provar a existência do deutério.
O deutério tem atualmente aplicações diversas que passam pela sua utilização em RMN (espectroscopia de ressonância magnética nuclear) ou na obtenção de energia através de fusão nuclear.
O trítio é o mais pesado dos três isótopos do hidrogênio, possuindo um núcleo com dois nêutrons além do próton característico deste elemento. O trítio não ocorre naturalmente na Terra, uma vez que é radioativo com meia vida de 12,3 anos, mas forma-se em torno do Sol e provavelmente no espaço exterior, resultando do bombardeamento de matéria interestelar pelos raios cósmicos.
Este isótopo pode ser produzido pelo bombardeamento nuclear de deutério com outras espécies de hidrogênio, ou pela reação de nêutrons térmicos com lítio-6 em reatores nucleares. É fornecido comercialmente em soluções.
É principalmente usado como substituto do hidrogênio vulgar em reações, de modo a estudar os seus mecanismos, ou para identificar e analisar produtos. Esta substituição torna os compostos radioativos (e mais pesados) facilitando a monitorização da sua presença e concentração, por intermédio de detetores de radiação.
Dois átomos de hidrogênio combinam-se para formar a molécula de hidrogênio muito estável. Contudo, Heisenberg provou que, se se considerarem os spins nucleares, existem dois “isômeros” observáveis. Estes resultam do acopl amento paralelo dos spins nucleares, com três estados quânticos possíveis e acoplamento antiparalelo, só com um estado.