El plutonio es el metal transuránico artificial más importante y ocupa una posición insustituible en la industria nuclear. En los reactores, el uranio-238 capta neutrones y se transforma en plutonio-239; este isótopo fisionable es a la vez el material central de las armas nucleares y el combustible de los reactores reproductores de neutrones rápidos, que —mientras queman plutonio— convierten uranio-238 adicional en nuevo plutonio, produciendo así combustible. Debido a que el plutonio metálico es denso y libera una gran cantidad de calor por unidad de masa, el plutonio-238 se fabrica también en generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG), proporcionando energía duradera y fiable a sondas espaciales como Voyager, Cassini y el vehículo explorador marciano Curiosity, así como a algunas estaciones polares no tripuladas; es una de las pocas fuentes de energía duraderas disponibles donde la energía solar no es práctica. El plutonio debe manipularse únicamente en instalaciones nucleares estrictamente controladas; su toxicidad y sus requisitos de seguridad de criticidad son extremadamente exigentes, y las existencias mundiales están concentradas en los sistemas nucleares industriales de un pequeño número de países.
Los compuestos del plutonio, como el dióxido de plutonio (PuO2) y el trifluoruro de plutonio (PuF3), se producen solo en condiciones controladas en plantas de reprocesamiento de combustible nuclear y de materiales para armas, donde se utilizan para fabricar combustible MOX y núcleos de armas. Ningún laboratorio ordinario tiene acceso a cantidades pesables de compuestos de plutonio.
