Uran ist das schwerste in der Natur vorkommende Urelement und bis heute das einzige nukleare Brennstoffmetall, das in großtechnischem kommerziellem Maßstab eingesetzt wird. Seine zentrale Verwendung ist als Brennstoff für Kernkraftwerke: Etwa 0,7 % des natürlichen Urans sind spaltbares Uran-235, das durch Gaszentrifugation auf etwa 3 %–5 % angereichert, zu Urandioxid-Pellets verarbeitet und in Brennelemente geladen wird, die in Hunderten von Reaktoren weltweit kohlenstoffarmen Grundlaststrom erzeugen und einen beträchtlichen Anteil des Stromnetzes liefern. Im militärischen Bereich sind Uran-235 oder im Reaktor erzeugtes Plutonium-239 das Kernmaterial von Atomwaffen, eine Verwendung, die während des Kalten Kriegs den Aufbau großtechnischer Urananreicherungs- und Wiederaufarbeitungsindustrien vorantrieb. Das nach der Anreicherung verbleibende „abgereicherte Uran“ (mit einem Uran-235-Gehalt unterhalb dem natürlichen Uran) ist nach wie vor radioaktiv, doch haben seine sehr hohe Dichte und guten mechanischen Eigenschaften es nützlich gemacht als Ballast für Flugzeuge und Hubschrauber, als Schiffsballast, als Abschirmmaterial in Bestrahlungsgeräten und als Penetratorkerne in panzerbrechender Munition von Panzern; letztere Verwendung ist umstritten und in mehreren Ländern eingeschränkt. Uran hat auch eine historische, nichtnukleare Verwendung: Kleine Mengen Uranoxid, die der Glasschmelze zugesetzt werden, erzeugen „Uranglas“, das gelbgrün fluoresziert und vom 19. Jahrhundert bis ins frühe 20. Jahrhundert weit verbreitet in dekorativem Glasgeschirr, Gefäßen und Tafelgeschirr verwendet wurde. Die Produktion wurde vor langer Zeit eingestellt, und solche Stücke bilden heute eine Spezialkategorie auf dem Sammlermarkt.
Urandioxid (UO2) ist die Hauptform der Kernbrennstoffpellets und dient nach dem Sintern über lange Zeiträume in Reaktorkernen. Triuranoctoxid (U3O8) ist die häufigste Oxidform in natürlichen Uranerzen (Pechblende) und der Hauptbestandteil von „Yellowcake“, des Produkts, in das Uranerzkonzentrate vor Transport und Handel umgewandelt werden. Uranhexafluorid (UF6) sublimiert bereits bei etwa 56 °C und ist die einzige bequem gasförmige Uranverbindung, die bei der Gaszentrifugenanreicherung verwendet wird; das angereicherte UF6 wird anschließend wieder in Urandioxid-Brennstoff umgewandelt. Uranylnitrat (UO2(NO3)2) ist das Schlüsselprodukt der Extraktionsverfahren in der Uranerzmahlung und im Front-End der Brennstoffaufbereitung: Uran wird aus der Laugungslösung als Uranylnitrat extrahiert und gereinigt und anschließend weiter in Oxide umgewandelt. Andere Uranverbindungen wurden historisch als Farbstoffe in Glas und Keramik verwendet, sind aber heute weitgehend aus der Konsumnutzung verschwunden.
