Thorium ist ein natürliches radioaktives Metall, das vor allem als Begleitmineral in Monazit vorkommt. Chemisch dem Uran nahestehend, gilt es seit langem als Kandidat für künftige thoriumbasierte nukleare Brennstoffzyklen. Auf dem Nukleargebiet fängt Thorium-232 Neutronen ein und wird in spaltbares Uran-233 umgewandelt, wodurch der Thorium-Brennstoffzyklus entsteht, der – im Vergleich zu konventionellen urangetriebenen Reaktoren – potenzielle Vorteile wie eine geringere Radiotoxizität der Abfälle und einen reichhaltigeren Brennstoff bietet; mehrere Länder betreiben Forschungsreaktoren und Versuchsprogramme, die diesen Weg erforschen. In der Industrie war Thoriumdioxid einst das Kernmaterial von Glühstrümpfen für Gaslampen: Das Thorium im Glühstrumpf emittiert bei hoher Temperatur ein helles weißes Licht, was zu Beginn des 20. Jahrhunderts die größte kommerzielle Verwendung von Thorium war und heute durch Seltenerdoxide und LEDs ersetzt wurde. Beim Schweißen werden Wolframelektroden mit etwa 2 % Thorium (thoriierte Wolframelektroden) seit langem als die abschmelzfreien Elektroden beim Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) eingesetzt, da Thorium die Elektronenemission und die Lichtbogenstabilität verbessert; allerdings führen Strahlenbedenken allmählich zu einem Ersatz durch thoriumfreie Cer-Wolfram- und Lanthan-Wolfram-Elektroden. Kleine Mengen Thorium wurden zudem in hitzebeständigen Tiegeln und als Zusatz in Spezialoptikglas verwendet.
Thoriumdioxid (ThO2) wurde wegen seines extrem hohen Schmelzpunkts und seiner chemischen Hochtemperaturstabilität zur Herstellung von Gaslampen-Glühstrümpfen und feuerfesten Tiegeln verwendet und ist zudem die primäre Form der Brennstoffpellets im Thorium-Brennstoffzyklus. Thoriumnitrat (Th(NO3)4) war historisch die Schlüsselverbindung zur Herstellung von Lampenglühstrümpfen: Gewebe wurde in eine Thoriumnitratlösung getaucht und dann entzündet, wobei eine leuchtende Schicht aus Thorium- und Seltenerdoxiden zurückblieb; heute wird es nur noch in kleinen Mengen in der vorderen Brennelementeschleuse (Front-End) der Kernbrennstoffaufbereitung verwendet. Thoriumtetrafluorid (ThF4) ist ein wichtiges Zwischenprodukt in der Wiederaufarbeitung von Thoriumbrennstoff und in der Forschung an Salzschmelzreaktoren, das zur Reinigung von Thorium aus Erz und zur Herstellung von Thoriummetall dient; derzeit existiert es nur in kleinen Chargen in Laboratorien und Demonstrationsreaktoren.
