Cercetările au debutat la Institutul de Fizică Atomică de la Cluj în anul 1958, sub conducerea profesorului Victor Mercea, membru corespondent al Academiei Române, care a devenit, mai apoi, şi membru al Societăţii Americane Nucleare. S-a decretat, în anii ’50, înfiinţarea unui grup de cercetători la Cluj, în cadrul Academiei Române, cu un caracter aparte. I s-a dat sarcina să abordeze fizico-chimia separării deuteriului, respectiv a apei grele. Procedeul de separare ales a fost schimbul izotopic dintre apă şi hidrogen.

În natură, dintr-un milion de molecule de apă, 150 sunt de apă grea. Scopul echipei de 15 persoane constituită atunci la Cluj era de separare a acestei ape grele din apa naturală. La concurenţă cu cercetările din India şi Canada, la Cluj s-a demonstrat eficienţa uneia dintre metode – schimbul izotopic apă-hidrogen – considerată în acele vremuri o premieră mondială.

Metoda a fost aplicată cu succes strict în SUA, încă din anul 1956, la prima fabrică de apă grea construită pentru fabricarea apei grele, prin procedeul de schimb izotopic apă-hidrogen sulfurat. Practic, s-a descoperit o nouă modalitate de creare a apei grele.

Cu aceste rezultate, România intra în competiţia internaţională, a notat la vremea respectivă revista "Ştiinţă şi Tehnică". Tot ce s-a întâmplat de-a lungul anilor de cercetare la Cluj a fost strict secret. Chiar şi astăzi, comercializarea apei grele este supusă unor reglementări internaţionale stricte. Totul era secret, nu existau foarte multe date publicate şi practic a trebuit să înceapă totul de la zero. Aproape toţi participanţii la proiectele derulate de-a lungul anilor, de la începuturile sale la Cluj şi până la construirea unei uzine producătoare de apă grea la Drobeta-Turnu-Severin aveau acces la informatii clasificate, adică îşi desfăşurau activităţile în condiţii necunoscute nici măcar de familiile acestora, iar absolut toate lucrările treceau pe la Biroul Documente Secrete (BDS).

După 12 ani de cercetare, la 1 martie 1970, s-a înfiinţat Comitetul de Stat pentru Energia Nucleară, concomitent cu "Uzina G" la Râmnicu Vâlcea, având ca obiectiv punerea la punct a tehnologiilor de separare a apei grele pe baza rezultatelor şi experienţei realizate în anii anteriori la Cluj. Este consemnat istoric că pe 9 august 1976, la "Uzina G" s-a produs prima cantitate de apă grea cu o concentraţie de 99,9%. Astfel, România a devenit un jucător important în domeniu, iar factorii de decizie au hotărât trecerea la fabricarea de apă grea la scară industrială.

În 1980 s-a înfiinţat uzina de apă grea de la Drobeta-Turnu-Severin, care a funcţionat până în anul 2015 sub denumirile de Combinatul Chimic Drobeta (până în 1990), Regia Autonomă Romag (până în 1992), Romag (până în 1998) şi Romag Prod (până în 2015). Prima cantitate de apă grea, la scară industrială, s-a produs aici, în anul 1988.

Cererea era mare: de exemplu, doar pentru pornirea unui reactor de la Cernavodă a fost nevoie de 550 tone de apă grea. Apa grea nu se deosebeşte vizibil de apa normală, însă ea conţine în proporţie mult mai mare decăt cea normală izotopul deuteriu al hidrogenului sub forma D2O. Ea se poate obţine oriunde în lume, printr-un procedeu de îmbogăţire, întrucât apa grea se găseşte natural dispersată în apa Pamântului. Se foloseşte în reactoare ca moderator al neutronilor (are rolul de a încetini viteza neutronilor rapizi, astfel ca reacţia să fie controlabilă), dar şi pentru răcirea instalaţiei, fiind o substanţă moderatoare foarte eficientă datorită absorbţiei relativ reduse a neutronilor de fisiune, cei care produc energie.

Primul reactor de la Cernavodă a fost pus în funcţiune în anul 1996, iar cel de-al doilea, în anul 2006, ambele folosind apa grea produsă la Romag Prod. În perioada celor 27 de ani de fabricare apă grea, la Romag Prod s-a produs cantitatea necesară tuturor celor 4 reactoare de la Cernavodă.