解题思路：同位素的概念：具有相同质子数，不同中子数的同一元素的不同核素互为同位素，以此来解答．
A．O2和O3是氧元素的不同单质，互为同素异形体，不是同位素，故A错误；
B．H2和D2都是氢元素的单质，是同种物质，故B错误；
C．CH4和C3H8是化合物，不是原子，故C错误；
D．2H和3H都是氢原子，中子数不同，它们是氢元素的不同核素，互为同位素，故D正确．
故选D．
点评：
本题考点： 同位素及其应用．
考点点评： 本题考查同位素的判断，明确同位素、同素异形体等概念是解本题的关键，难度不大．
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