Osmium ist eines der dichtesten stabilen Metalle, blaugrau, hart und spröde; bei Raumtemperatur oxidiert es langsam an der Luft zu giftigem Osmiumtetroxid-Dampf, sodass es selten direkt als Reinstmetall verwendet wird. Seine klassischste Verwendung liegt in ultra harten Osmiumlegierungen mit Iridium und Ruthenium, verwendet für die Kugel von Füllfedern, Lager in mechanischen Uhren, Instrumentenziehpunkte und Kompasslager – die sogenannten „iridiumsbestückten“ Füllfederhalter enthalten oft tatsächlich eine Osmium-Iridium-Legierung, die jahrzehntelang ohne Verschleiß schreibt. Industriell werden Osmiumlegierungen auch in elektrischen Kontakten, Grammophonnadeln und kritischen Reibungsteilen von Präzisionsinstrumenten verwendet. Da reines Osmium spröde ist, leicht oxidiert und übermäßig dicht ist, hat seine Verwendung im Laufe der Zeit abgenommen, wobei die meisten Anwendungen durch stabileres Iridium, Ruthenium, Wolframcarbid und Strukturkeramiken verdrängt wurden. Wo Osmium in der modernen Technik wirklich Spuren hinterlassen hat, sind seine Oxide als Katalysatoren der organischen Synthese und als Färbemittel für die biologische Elektronenmikroskopie, plus sein Forschungs Wert in wenigen hochselektiven Reaktionen. Es ist zudem eines der seltensten stabilen Elemente der Erdkruste, mit einer Jahresproduktion im Kilogrammbereich – ein klassischer Fall eines Metalls, das in der Geschichte berühmt war, aber in der modernen Nutzung abgelöst wurde.
Osmiumtetroxid (OsO4) ist die bekannteste und gefährlichste Verbindung des Osmiums, ein weißer Kristall, der hoch flüchtig ist und dessen Dampf hochgiftig ist und stark die Hornhaut reizt. In der organischen Synthese ist es ein außerordentlich wichtiges Reagenz zur cis-Dihydroxylierung, das Alkene in vicinale Diole umwandelt und in der pharmazeutischen und Feinchemiesynthese weit verbreitet ist; in der Biologie ist es das klassische Fixier- und Färbemittel für Transmissions-Elektronenmikroskopproben, das die Lipiddoppelschicht von Zellmembranen stark anfärbt, sodass Ultradünnschnitte unter dem Mikroskop klar abgebildet werden – eine Verwendung, die bis heute unersetzlich ist. Osmiumtrichlorid (OsCl3) ist der am häufigsten verwendete Chloridvorläufer des Osmiums, zur Herstellung anderer Osmiumkomplexe und Katalysatoren. Osmiumdioxid (OsO2) ist das schwarze Oxid des Osmiums, in geringen Mengen hauptsächlich in Elektrodenmaterialien und der Katalyseforschung verwendet. Da Osmium selbst in winzigen Mengen produziert wird, dienen fast alle seine Verbindungen der Laborforschung und der hochwertigen Feinsynthese und gelangen nicht in Massenverbraucherprodukte.
