Cirka 90 prosent av zirkoniummetallet som blir produsert i verden, blir brukt til kapsler for brenselselementer av urandioksid, UO₂, i kjernereaktorer, da i form av en legering (zirkalloy). Denne bruken skyldes metallets gode korrosjonsbestandighet og store varmeledningsevne, og at det i liten grad absorberer nøytroner.

På grunn av sin korrosjonsbestandighet har zirkonium viktige anvendelser i blant annet rørledninger, ventiler, pumper og varmevekslere i kjemisk industri og næringsmiddelindustri. Det brukes dessuten som getter i høyvakuumanlegg, i legeinstrumenter og kirurgiske proteser, fotoblitzlamper, tennsatser og sporammunisjon.

Forbindelser av zirkonium brukes også i forskjellige sammenhenger. Zirkoniumforbindelser brukes blant annet i enkelte midler mot svette (deodorant) på samme måte som aluminiumsforbindelser også blir brukt. Midlene minsker svetten og bakterieveksten.

Store mengder av zirkoniumsilikatet zirkon finnes som sand. Denne sanden ble i lang tid brukt som ildfast materiale i beholdere for metallsmelter og som vegger i høytemperaturovner. I dag brukes zirkon ved glasering av keramer. Blå glasering skyldes zirkon med vanadium, mens gul glasering oppnås i blandinger med praseodym.

Zirkonia, ZrO₂, er en syntetisk edelsten som ligner diamanter. Zirkonia brukes også som et høytemperaturmateriale. Det smelter først ved 2500 °C og brukes i digler, i keramiske materialer og som slipemiddel. Det samme materialet, riktig dopet med yttrium, kan brukes som elektrolytt i høytemperatur-brenselceller. Dette materialet leder oksygen-ioner hurtig ved høye temperaturer slik at den elektrokjemiske reaksjonen mellom hydrogen og oksygen muliggjøres.

Overflaten på papir som skal i kontakt med mat dekkes med zirkoniumkarbonat. Dette har god motstandsevne mot fuktighet og stor styrke.

Zirkonium har ingen kjent biologisk rolle, men finnes i kroppen i lave konsentrasjoner.

Både metallet og saltene til metallet er lite giftige. Grenseverdi for zirkoniumforbindelser i arbeidsatmosfæren er satt til 5 milligram per kubikkmeter.

Zirkononiummetall er stålgrått og er i ren form et mykt og smibart metall med høyt smeltepunkt (2125 °C). Metallet kan lett trekkes til tynne tråder og valses til folier. Ved temperaturer opp til 863 °C er krystallstrukturen av zirkoniummetall heksagonal tetteste kulepakning. Over denne temperaturen er strukturen mindre tettpakket (kubisk romsentrert).

Metallet kan løse betydelige mengder oksygen (opptil 30 atomprosent), nitrogen og hydrogen, og små mengder av disse gjør metallet sprøere.

Zirkoniummetall er bestandig i luft ved vanlige temperaturer da det er dekket av et tynt oksidlag (i likhet med aluminium). Først ved temperaturer over cirka 400 °C skjer en raskt tiltagende oksidasjon av metallet med dannelse av et oksidskall av zirkoniumdioksid, med kjemisk formel ZrO₂, samtidig som oksygen løses i metallet. Det gjør zirkoniummetall uegnet som høytemperaturmateriale.

Metallet er svært korrosjonsbestandig under 400 °C. Det angripes ikke av verken vann, fortynnet saltsyre eller svovelsyre, fosforsyre og organiske syrer eller lut. Det står også godt mot smeltede alkalier. Zirkonium reagerer ved høyere temperaturer med halogenene (for eksempel klor), svovel, karbon og silisium med dannelse av halogenider, sulfider, karbider og silisider.

I pulver eller som porøs svamp er overflatearealet stort, og metallet antennes derfor lett i luft allerede ved cirka 200 °C, eventuelt ved lavere temperatur ved gnidning eller utladning av statisk elektrisitet. Det må derfor behandles forsiktig og oppbevares under argon eller i for eksempel metanol. Fordi pulveret reagerer med både vanndamp og karbondioksid, må antent pulver slukkes ved tildekking med tørr sand eller salt.

Zirkonium og hafnium står i samme gruppe i periodesystemet og har svært like kjemiske egenskaper. Zirkoniumforekomstene inneholder alltid små mengder hafnium (0,5–2 prosent).

Zirkonium har et svært lavt virkningstverrsnitt for termiske nøytroner (0,184 barn), og zirkonium brukes derfor som kapslingsmateriale for brenselselementer i kjernekraftverk. Virkningstverrsnittet er mye større for hafnium (104 barn), så metallet som brukes til brenselselementer må ikke inneholde mer enn 0,01 prosent hafnium. Hafnium brukes i stedet i form av staver for å kontrollere nøytronfluksen i kjernekraftverket. De to grunnstoffene skilles ved forskjellige metoder, der ekstraksjon med organiske løsemidler er den mest vanlige.

Zirkonium har fire stabile isotoper:

• ⁹⁰Zr (51,45 prosent)
• ⁹¹Zr (11,22 prosent)
• ⁹²Zr (17,15 prosent)
• ⁹⁴Zr (17,38 prosent)

Det finnes dessuten mer enn 20 radioaktive isotoper av zirkonium.