Le terme « bataille de l'eau lourde » désigne cinq opérations militaires successives menées par les Alliés durant la Seconde Guerre mondiale afin de détruire une usine productrice d'eau lourde en Norvège, dans le cadre de la course à la bombe.
En , Frédéric Joliot-Curie et Lew Kowarski, codétenteurs du brevet portant sur la Bombe A, sont prêts pour une expérience décisive. La France détient alors un stock d'uranium obtenu dès 1939 par Joliot, mais elle ne possède que quelques grammes d'eau lourde (oxyde de deutérium), indispensable en grande quantité pour jouer le rôle de « ralentisseur » dans l'expérience que les deux savants ont mise au point.
Or, dès 1934, la société norvégienne Norsk Hydro avait réussi à fabriquer dans son usine hydro-électrique de Vemork (commune de Tinn, comté de Telemark), située à à l'ouest d'Oslo, dans la Norvège encore neutre, de ce précieux liquide. Cela constitue l'unique stock mondial.
À la veille de l’invasion de la Norvège par les Allemands, Raoul Dautry, ministre français de l'Armement confie alors au Deuxième Bureau la très délicate mission de prendre les Allemands de vitesse et de rapatrier ce stock norvégien.
Au début du mois de mars, le commandant Perruche, chef du service des Renseignements, envoie d'abord un officier de réserve du service des Poudres, Jacques Allier, pour négocier l'achat du stock auprès de la Société d'azote norvégienne. Cette dernière, farouchement opposée aux Allemands, cédera gratuitement — en prêt — l'intégralité de l'eau lourde (encore utilisée au Canada, elle sera payée après la guerre). Trois agents sont alors dépêchés en hâte à la légation française de Stockholm : le capitaine Muller, le lieutenant Knall-Demars et le lieutenant Fernand Mossé.
Ils vont avoir la mission difficile de déjouer la surveillance des services de renseignements allemands déjà sur place et de rapatrier ce stock le plus discrètement et le plus rapidement possible, alors que toutes les voies de communication sont contrôlées par les Allemands et que chaque liste de passagers est scrupuleusement surveillée.