โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำมวลหนัก พัฒนาโดยประเทศแคนาดาในช่วงปี คศ.1950 ภายใต้ชื่อโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบแคนดู (CANDU) โรงไฟฟ้าแบบนี้ใช้ยูเรเนียมธรรมชาติที่ไม่มีการเสริมสมรรถนะเป็นเชื้อเพลิง ทำให้ต้องใช้สารหน่วงนิวตรอนที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดันหรือแบบน้ำเดือด ซึ่งในกรณีนี้ได้มีการนำน้ำมวลหนัก (D₂O) มาใช้

          ในโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำมวลหนัก มีการออกแบบระบบการทำงานให้มีสองวงจรเหมือนโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดัน โดยในวงจรแรกน้ำมวลหนัก (D₂O) จะทำหน้าที่เป็นทั้งสารหน่วงนิวตรอนและตัวระบายความร้อนออกจากมัดเชื่อเพลิง จะถูกอัดภายใต้ความดันสูง และจะไหลผ่านช่องบรรจุเชื้อเพลิงเพื่อระบายความร้อนออกจากเตาปฏิกรณ์ที่เรียกอีกชื่อว่า คาแรนเดรีย จนน้ำมวลหนักในวงจรแรกมีอุณหภูมิสูงถึงประมาณ 290°C และเช่นเดียวกับโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำอัดความดัน น้ำมวลหนักจะถ่ายเทความร้อนให้แก่วงจรที่สองเพื่อผลิตไอน้ำที่อุปกรณ์กำเนิดไอน้ำ เพื่อผลิตไอน้ำและไปขับกังหันไอน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าออกมา เนื่องจากการใช้ยูเรเนียมธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง ทำให้โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำมวลหนักอัดความดัน ต้องมีการเปลี่ยนเชื้อเพลิงทุกวัน จึงมีการออกแบบให้โรงไฟฟ้าชนิดนี้สามารถเปลี่ยนเชื้อเพลิงได้โดยไม่ต้องหยุดการทำงานของเตาปฏิกรณ์