加拿大从1952年开始，花了一二十年时间，独树一帜地发展了一种别具特色的新堆型——重水堆。这种反应堆利用重水作为慢化剂和冷却剂，并采用天然铀作为核燃料。
重水是从天然水中分离出来的，它是重氢（即氘）和氧的化合物。其比重为1.1，在101.4℃时才沸腾，在3.8℃下就开始结冰，在天然水中的含量约为0.02％。虽然任何动物和植物都不能依靠重水生存，但它却是一种极佳的慢化剂。和普通水相比，它的优越之处在于，它几乎不吸收中子。因此，反应堆可以依靠天然铀中0.7％的铀-235而达到临界。发展重水堆可以摒弃费用浩大的铀浓缩工厂。但是用同位素分离技术把重水从普通水中分离出来，同样要耗费巨大的代价。尤其在发展的初期，重水的价格非常昂贵，几乎和黄金一样。
重水反应堆加拿大发展重水堆经历了三个阶段。1962年建成的第一座试验堆，电功率不到2500千瓦。在试验堆的基础上，1968年，在道格拉斯角建成第二座重水堆核电站，电功率增大到20万千瓦。然而由于宝贵的重水发生大量的泄漏，又得不到补充，使电站几乎陷于停顿状态。在这种情况下，重水堆声誉一落千丈。但专家们没有轻易地放弃这种堆型的开发。为解决重水泄漏，他们尽量减少系统中使用的阀门数目，改善设备的密封性能和焊接技术，同时还建成了第一座大型重水工厂，来保证重水的供应。
1973年，在加拿大又建成了皮克灵商用核电站。这个电站有四座重水堆，每座输出的电功率为50万千瓦。其中第四座堆从首次临界到满功率，仅用了12天的时间，创造了各类动力堆运行的最佳记录。由于这种反应堆可以不必停堆而进行装卸核燃料的操作，设备的利用率远远超过其他类型的反应堆。1981年，全世界利用率最高的10座反应堆中，重水堆就占了6座。重水堆核电站的优良性能和运行成绩，使它在世界核电市场上站稳了脚根。加拿大重水堆采用压力管式的结构，并大量地采用标准零件，增加压力管的数目就可增加单堆的功率。与前苏联压力管式石墨堆的区别是，重水堆的压力管是水平布置的，燃料的装卸也在水平方向进行。在堆的前后装有换料机构，新燃料从一头送进去，用过的燃料从另一头进行回收。因此可以在运行中进行燃料的更换。
反应堆的容器是一个圆柱形卧式贮箱，其中装有冷的重水。这些重水类似于石墨堆中的石墨砌体，起慢化中子的作用。在必要的情况下，这些冷重水可以迅速地靠重力排空，使链式裂变反应由于缺少慢中子而立即停止。在压力管内循环流动着热的重水，由主循环泵驱动，从堆芯带出热量，送往蒸汽发生器。因此，重水堆的热能传送和转化成电能的过程，和压水堆是相同的。
重水堆最吸引人的地方，是能够非常有效地利用核燃料。由于重水吸收中子比普通水少600倍，因此它可以用天然铀作燃料来达到临界。燃料在堆内被利用以后，其中铀-235的浓度可以从原来的0.72％一直降到0.13％。这个数字比铀浓缩工厂尾料中的铀-235浓度还要低得多。因此，利用重水堆可以从所开采的铀中榨取到最多的能量。当生产同样多的电能时，重水堆所消耗的天然铀大致相当于轻水堆的70％。
此外，由于采用了不停堆装卸燃料的自动化机械，它可以及时回收由铀-238吸收中子而转换来的钚-239。在消耗同样天然铀的情况下，重水堆的产钚量为压水堆的2～2.5倍，这对能源的开发和利用很有意义。
重水堆对具有一定工业基础，想利用本国铀资源，但又没有铀浓缩能力的国家来说比较合适。