Ayant soutenu sa thèse en 1923, Urey se tourne alors vers l'étude de la structure atomique et s'en va passer l'année 1923-1924 à l'Institut de physique théorique de Copenhague, oùNiels Bohr l'encourage à poursuivre dans cette voie.
La découverte de l'isotope ²H fait l'objet d'une lettre à la rédaction de laPhysical Review, qui paraît au début 1932. Urey avait proposé d'appeler cet isotope ledeutérium et de le représenter par la lettre D. Cette découverte lui vaut lamédaille Franklin en 1943.
S'inspirant d'une méthode mise au point par J. Kendall et E. D. Crittenden en 1923, et travaillant en collaboration avec E. W. Washburn, Urey entreprit l'électrolyse prolongée de l'eau. Les deux savants constatèrent effectivement un enrichissement du résidu de l'électrolyse en isotope lourd.
Par la suite, on trouvera des quantités de deutérium plus importantes dans les eaux résiduelles après quelques années d'électrolyse de l'eau, lors de la fabrication industrielle de l'oxygène.
Cette augmentation du taux de deutérium durant l'électrolyse de l'eau est due, d'une part, à l'existence d'une légère différence entre les potentiels normaux des deux isotopes, et d'autre part aux différentes vitesses de formation et de dégagement de molécules gazeuses atomiques à lacathode. En conséquence, la teneur en deutérium augmente. C'est cette découverte originale qui vaut à Urey le prix Nobel de chimie en 1934[1].
(en)Biographie sur le site de lafondation Nobel (le bandeau sur la page comprend plusieurs liens relatifs à la remise du prix, dont un document rédigé par la personne lauréate — leNobel Lecture — qui détaille ses apports)
