Zirkonium ist ein hochkorrosionsbeständiges, hochschmelzendes Metall, das wegen seines extrem niedrigen Neutronenabsorptionsquerschnitts zu einem Schlüsselmaterial für die Kernindustrie geworden ist. Seine wichtigste Verwendung ist die Hüllrohrung von Kernreaktorbrennstoff: Zirkoniumlegierungen (wie Zircaloy) umhüllen Urandioxid-Brennstoffpellets, behalten lange ihre strukturelle Integrität in heißem Hochdruckwasser und absorbieren fast keine Neutronen, sodass die Kettenreaktion effizient abläuft; aus diesem Grund sind Brennelemente in Kernkraftwerken fast durchgängig aus Zirkoniumlegierungen. In Keramik und feuerfesten Stoffen ist Zirkonoxid (ZrO2) hart und zäh, und Zirkonoxidkeramiken werden für Zahnersatzkronen, Schneidwerkzeuge, Uhrengehäuse und Präzisionsstrukturbauteile verwendet. In feuerfesten Stoffen auskleiden Zirkonsteine und Zirkon-Einpressmassen die kritischen Zonen von Glasöfen und Stahlschmelzöfen und widerstehen Hochtemperatur-Erosion und Schlackenangriff. Zirkonium wird zudem in korrosionsbeständigen Chemieanlagen, Panzerplatten, Zündkerzen und Spezialschweißmaterialien verwendet, wobei sich seine chemische Inertheit in starken Säuren und Laugen hervorragend bewährt.
ZrSiO4, also Zirkonsand, ist das Hauptmineral, aus dem Zirkonium und Hafnium extrahiert werden; als solches wird es selbst in großen Mengen als feuerfester Zuschlag und keramischer Opazitätsmacher in Glas, Öfen und Wand-/Bodenfliesen verwendet. Zirkonoxid (ZrO2) wird nach Yttriumstabilisierung zu Zirkonoxidkeramiken verarbeitet, die in Strukturteilen, Zahnrestaurationen und Festoxid-Brennstoffzellen-Elektrolyten verwendet werden, und ist zudem das Hauptrohmaterial für synthetische Edelsteine. Zirkoniumtetrachlorid (ZrCl4) ist das Schlüsselzwischenprodukt zur Herstellung von Zirkoniummetall und Zirkoniumchemikalien; bei der kerntechnischen Herstellung von Schwammzirkonium wird es durch Chlorieren von Zirkonsand gewonnen und anschließend mit Magnesium zu Schwammzirkonium reduziert. Es ist bemerkenswert, dass Hafnium, das Zirkonsand begleitet, chemisch dem Zirkonium ähnelt, jedoch Neutronen stark absorbiert; kerntechnisches Zirkonium muss Hafnium tief abgereichert haben, der kritischste Schritt der Zirkoniumverarbeitung.
