1934 erhielt der US-amerikanische Chemiker Harold Clayton Urey den Chemienobelpreis für die Entdeckung des schweren Wasserstoff-Isotrops Deuterium. Während der Atomkern des normalen Wasserstoffs aus einem elektr. positiv geladenen Teilchen (Proton) besteht, besitzt das Deuterium zusätzlich ein elektrisch neutrales Teilchen (Neutron).
Als Sohn eines Schullehrers und Geistlichen studiere Urey von 1914 bis 1917 Zoologie und Chemie an der Universität von Montana in Missoula. Nach zwei Jahren als Chemiker in der Industrie kehrte er 1919 als Dozent an die Universität von Montana zurück. 1921 erhielt er ein Promotionsstipendium und wechselte an die Universität von Kalifornien in Berkeley, wo er 1923 bei dem Physikochemiker Gilbert Newton Lewis promovierte. Im folgenden Jahr war er bei Niels Bohr an der Universität von Kopenhagen. 1924 kehrte er in die USA zurück und wurde Dozent an der Universität von Baltimore/Maryland. Dort forschte er auf dem Gebiet der physikalischen Chemie und untersuchte insbesondere die Lichtabsorption und Emission von Atomen, die er mit der zu jener Zeit sich rasch entwickelnden Quantentheorie deutete. 1929 erhielt Urey einen Ruf an die Columbia-Universität in New York.

Durch die Arbeiten von Ernest Rutherford, Frederick Soddy und Francis Aston war die Existenz von Isotopen bereits gesichert. Die Atomkerne bestehen aus positiv geladenen Protonen, deren Anzahl das chemische Element definiert, und aus ungeladenen Neutronen, deren Zahl bei den meisten Elementen variabel ist. Isotope unterscheiden sich nicht in den chemischen Eigenschaften, sondern je nach Anzahl der Neutronen im Atomkern in der Masse. Das Element Wasserstoff hat das einfachste und leichteste Atom, sein Kern besteht aus nur einem Proton. Sollte es ein Isotop geben, würde dessen Atomkern zusätzlich ein Neutron enthalten. Das Isotop hätte die doppelte Atommasse; ein Unterschied, der in dieser Größe bei keinem anderen Element auftritt.

Urey berechnete die Veränderungen in den chemischen Eigenschaften dieses schweren Wasserstoffs voraus; tatsächlich sind die Isotopeneffekte bei keinem anderen Element so ausgeprägt. In den Emissionsspektren von zum Leuchten angeregtem Wasserstoffgas fand Urey sehr schwache zusätzliche Linien. Außerdem konnte er das schwere Isotop durch Destillation von flüssigem Wasserstoff anreichern; in solchen Proben verstärkte sich die Lichtemission. Dem schweren Wasserstoff gab er die Bezeichnung „Deuterium“. Abgeleitet wurde jene Begrifflichkeit aus dem Griechischen (deuteros – der zweite).

Mit dem Eintritt der USA in den Zweiten Weltkrieg 1941 wurde Urey in das so genannte Manhattan-Projekt zum Bau der ersten Atombombe involviert. Er war ausschlaggebend an der Trennung der Uran-Isotope 235 und 238 beteiligt, von denen nur das leichtere als Bombenstoff tauglich ist. 1945 wandte sich Urey von der Kriegsforschung ab. Nachdem er die Columbia-Universität verließ, wechselte er an das Institut für Kernforschung der Universität Chicago, wo er sich mit Fragen der Herkunft und Verteilung der chemischen Elemente und der Isotope im Universum befasste. 1958 kam Urey an die Universität von Kalifornien in La Jolla. Dort blieb er bis zu seiner Pensionierung im Jahre 1970. In den 60er Jahren war er an der wissenschaftlichen Ausrichtung des US-amerikanischen Raumfahrtprogramms beteiligt. Wegen seiner vielfältigen wissenschaftlichen Beiträge auf diesem Gebiet wurde er als „Vater der Kosmochemie“ bezeichnet.