Kadmium har størst anvendelse som rustbeskyttende belegg på jern og stål. Det gir bedre beskyttelse mot baser og sjøvann enn sink. Pålegging av kadmium skjer ved elektrolyse i en kadmiumcyanidløsning.

Kobber legert med 1 prosent kadmium får bedre mekanisk styrke uten reduksjon i elektrisk ledningsevne. Slike legeringer brukes blant annet i tele- og trolleybuss-kabler. Sammen med vismut, bly og tinn danner kadmium lavtsmeltende legeringer som Woods metall.

Kadmium brukes også som legeringsbestanddel i lagermetaller og loddemetall. Kadmiumbaserte loddinger må behandles med forsiktighet for å hindre forgiftning. For eksempel må man unngå å drikke vann fra rør hvor kadmiumholdig loddemetall har blitt brukt, da noe av det giftige metallet vil lekke ut i vannet.

Kadmium brukes videre i nikkel-kadmiumbatteriet som har lang levetid. Det kan lades opp, og kan benyttes ved temperaturer mellom –40 og +75 °C. Disse batteriene brukes blant annet i lommekalkulatorer, kameraer, bærbare PCer og annet bærbart elektronisk utstyr. Kadmium utgjør imidlertid et miljøproblem, og derfor er det økende bruk av alternative oppladbare batterier uten kadmium, som litiumion- og nikkel-metallhydridbatterier. Moderne bærbare PCer drives bare av disse mer miljøvennlige batteritypene.

Den tidligste kjente bruken av kadmium etter oppdagelsen av grunnstoffet var som fargepigment. Allerede fra omkring 1840-årene ble kadmiumforbindelser, hovedsakelig gult kadmiumsulfid, produsert som fargepigment. Ved litt ulike blandinger av kadmiumsulfid, svovel og selen fås også oransje, rødt og brunt. Kadmiumpigmenter har tidligere vært mye benyttet for maling, keramikk, plast, gummi og lær. For kunstmaling finnes det tuber med navnene kadmiumgul, kadmiumoransje og kadmiumrød, men til tross for disse navnene er det ikke sikkert at malingen du kjøper i dag virkelig inneholder kadmium.

Siden kadmiumforbindelser er giftige, ønsker man nå å begrense bruken av disse pigmentene. Ceriumsulfid kan brukes som fargepigment som erstatning for kadmiumsulfid.

Kadmiumforbindelser brukes i fosforer i TV-bilderør for å gi blå og grønn farge. Kadmium inngår også i halvledermaterialer som kadmiumsulfid, kadmiumselenid og kadmiumtellurid (CdTe) som brukes for lysdeteksjon og i solceller.

Kadmium kan legges i et tynt lag på plastgjenstander slik at de ligner metaller. Kadmiumforbindelser kan også brukes til å stabilisere plast.

Kadmiumisotopen ¹¹³Cd har stort innfangingstverrsnitt for nøytroner, og kadmium benyttes derfor til skjerming og kontrollstaver i kjernereaktorer.

Kadmium og kadmiumforbindelser er giftige; de toksikologiske egenskapene minner om de egenskapene bly og kvikksølv har. Kadmium kan derfor representere et alvorlig forurensningsproblem, og må bare brukes under streng kontroll. Akkumulering av kadmium kan skje i dyr og planter. Noen planter har en større tendens til absorbere kadmium enn andre planter. Vekster som gror i svært kontaminert jord, for eksempel nær sinkgruver, kan inneholde så store mengder kadmium at de ikke må spises.

Den store sinkproduksjonen og forbrenning av fossilt brensel som inneholder kadmium er hovedårsakene til at det giftige metallet er spredt over hele kloden. Forhøyede konsentrasjoner i miljøet skyldes både langtransportert og lokalt spredt kadmium. Lokale utslipp i Norge har ført til forhøyede konsentrasjoner av kadmium i flere norske fjorder og vassdrag. Spredningen skjer også med kunstgjødsel, da fosfatgjødsel kan inneholde en del kadmium.

Kadmium er med på listen til FNs miljøprogram over de ti mest skadelige miljøgiftene. Metallet var også oppført på prioriteringslisten hvor norske miljømyndigheter vedtok en målsetning om at utslippene skulle reduseres vesentlig innen 2010. Bruk av kadmium er regulert gjennom mange forskrifter, og ulike tiltak har ført til at utslippene av kadmium i Norge er betydelig redusert de siste årene.

Verdens helseorganisasjon anbefaler at det daglig inntaket av kadmium ikke skal overstige 70 mikrogram. Vanligvis er inntaket av kadmium mye mindre enn dette, men hvor mye man får i seg avhenger av hva og hvor mye man spiser, samt matens opphav. Det er det totale inntaket av kadmium over tid som har betydning for helsen. Hos mennesker er det akkumulerte kadmiuminnholdet i 50-årsalderen cirka 30–50 milligram, hvorav det meste finnes i leveren.

Grenseverdien for kadmium og uorganiske kadmiumforbindelser i arbeidsatmosfæren er satt til 0,05 mg/m³ (0,02 mg/m³ for kadmiumoksid, alt beregnet som kadmium).

Svelging av kadmiumforbindelser fører nesten øyeblikkelig til mage- og tarmforgiftning med symptomer som ved matforgiftning. Kadmium akkumuleres i nyre og lever, og sannsynligvis skyldes giftvirkningen at det inaktiverer enzymer som inneholder svovel. Større grad av forgiftning leder til deformasjon av bein og svekket knokkelstyrke. Svelging av kadmiumforbindelser fører sjelden til dødsfall, fordi stoffene virker som kraftige brekkmidler. Svært høye konsentrasjoner kan gi nedsatt reproduksjonsevne og fosterskader. Kadmium mistenkes også for å være kreftfremkallende.

Flere forgiftningsepisoder med kadmium har funnet sted. Det mest kjente tilfellet skjedde i Japan på midten av 1950-tallet. Det var i byen Fuchu, med 45 000 innbyggere, at en mystisk sykdom oppsto blant befolkningen. Sykdommen viste seg ved at flere fikk skader i ledd og beinstruktur. Tilstanden var meget smertefull og ble i Japan kalt Itai-Itai, som kan oversettes med «au-au». Årsaken til forgiftningen viste seg å være at risen de spiste var kontaminert av kadmium på grunn av vanning med kadmiumholdig avrenningsvann fra en nærliggende sinkgruve. Det daglige inntaket via den kontaminerte risen var cirka 600 mikrogram per person og man regner at rundt 5000 mennesker ble berørt.

Det er åtte stabile isotoper av kadmium: ¹⁰⁶Cd ( 1,25 prosent), ¹⁰⁸Cd ( 0,89 prosent), ¹¹⁰Cd (12,51 prosent), ¹¹¹Cd (12,81 prosent), ¹¹²Cd ( 24,13 prosent), ¹¹³Cd (12,22 prosent), ¹¹⁴Cd (28,72 prosent) og ¹¹⁶Cd (7,47 prosent).