A principal diferença entre o protium e o deutério é que o protium não possui nêutrons em seu núcleo atômico, enquanto o deutério possui um nêutron.
Protium e deutério são isótopos de hidrogênio. Portanto, eles diferem entre si de acordo com o número de nêutrons presentes em seus núcleos atômicos. O hidrogênio contém um próton no núcleo atômico: assim, o número atômico do hidrogênio é 1. Existem três isótopos de hidrogênio. Todos os três isótopos também contêm um próton. Podemos denotar os três isótopos como 1 H, 2 H e 3 H. Os valores em sobrescrito são as massas atômicas desses elementos.