Le cérium est le plus abondant et relativement le moins cher des terres rares lanthanides, et l'un des éléments de terres rares effectivement utilisés en plus grandes quantités industrielles. Il a un don rare que partagent peu d'autres terres rares — il commute de manière flexible entre les états trivalent et tétravalent — faisant de lui un touche-à-tout redox naturel. Dans les catalyseurs trois voies automobiles, l'oxyde à base de cérium est un promoteur de stockage d'oxygène indispensable : à mesure que le rapport air-carburant du moteur fluctue, l'oxyde de cérium stocke temporairement ou libère de l'oxygène, gardant les catalyseurs platine, palladium et rhodium travaillant dans leur fenêtre optimale, et est un ingrédient de base du revêtement moderne de catalyseur trois voies pour essence. L'industrie du verre est un autre grand débouché : la poudre de polissage à l'oxyde de cérium est le matériau dominant de polissage chimico-mécanique pour les lentilles optiques, le verre LCD et les plaquettes de quartz, avec une efficacité de polissage et un fini de surface bien supérieurs aux poudres traditionnelles d'oxyde de fer. En même temps, l'ajout de dioxyde de cérium au verre absorbe la lumière ultraviolette et la teinte verte du fer, produisant du verre de lunettes de soleil bloquant les UV et du verre décoloré. La pierre à briquet (alliage cérium-fer) est le matériau qui fait jaillir l'étincelle dans les briquets et les pistolets de signalisation ; son constituant principal est une terre rare mixte cérium-fer, parce que le cérium s'oxyde et s'enflamme facilement sous friction. En métallurgie, le cérium est ajouté comme additif de terre rare à l'acier et à la fonte pour désulfurer, désoxyder et sphéroïdiser le graphite, produisant un acier plus propre et une fonte ductile plus ductile.
Le dioxyde de cérium (CeO2, aussi appelé oxyde cérique) est le composé industriel le plus important du cérium, une poudre jaune pâle ou blanche. En raison de son changement de valence Ce4+/Ce3+, il sert à la fois de composant de stockage d'oxygène des catalyseurs d'échappement automobile et de poudre de polissage pour le verre optique et les substrats LCD, et est aussi utilisé dans le verre bloquant les UV, les émaux céramiques et le dopage d'électrolyte dans les piles à combustible à oxyde solide. Le sesquioxyde de cérium (Ce2O3) est l'oxyde inférieur du cérium, une poudre violette ou violet bleuâtre utilisée principalement en laboratoire et dans la coloration céramique et vitreuse comme source de cérium réductrice, ainsi que dans certains cristaux optiques et céramiques électroniques. Le fluorure de cérium (CeF3) est un cristal blanc utilisé dans les électrodes à arc carbone (pour élever la luminosité et la stabilité de l'arc), comme composant d'électrolyte dans l'électrolyse des terres rares et comme additif dans certains cristaux optiques et lampes aux halogénures métalliques ; il est aussi utilisé comme additif de polissage et de lubrification.
